WIMAX

Hier vermeld ik enkele belangrijke OFDM-tekens voor Wimax. Laten we het in detail bekijken.

OFDM voor- en nadelen:

OFDM geniet verschillende voordelen ten opzichte van andere oplossingen voor hogesnelheidstransmissie.

Verminderde rekencomplexiteit:

OFDM kan eenvoudig worden geïmplementeerd met behulp van FFT/IFFT en de verwerkingsvereisten groeien slechts iets sneller dan lineair met de datasnelheid of bandbreedte. Er kan worden aangetoond dat de rekencomplexiteit van OFDM zo is, waarbij B de bandbreedte is en Tm de vertragingsspreiding. Deze complexiteit is veel lager dan die van een standaard op equalizer gebaseerd systeem, dat een complexiteit heeft

Sierlijke verslechtering van de prestaties bij overmatige vertraging:

De prestaties van een OFDM-systeem gaan geleidelijk achteruit naarmate de vertragingsspreiding de waarde overschrijdt die is ontworpen voor grotere codering en lage constellatiegroottes kunnen worden gebruikt om terugvalpercentages te bieden die aanzienlijk robuuster zijn tegen vertragingsspreiding.

Met andere woorden, OFDM is zeer geschikt voor adaptieve modulatie en codering, waardoor het systeem het beste uit de beschikbare kanaalomstandigheden kan halen. Dit staat in contrast met de abrupte verslechtering als gevolg van foutvoortplanting die systemen met één draaggolf ervaren wanneer de vertragingsspreiding de waarde overschrijdt waarvoor de equalizer is ontworpen.

Exploitatie van frequentiediversiteit:

OFDM vergemakkelijkt het coderen en interleaven over subdraaggolven in het frequentiedomein, wat robuustheid kan bieden tegen burst-fouten die worden veroorzaakt door delen van het verzonden spectrum die diepe vervagingen ondergaan. In feite definieert WiMAX subdraaggolfpermutaties waarmee systemen hiervan kunnen profiteren.

Gebruik als multiaccess-schema:

OFDM kan worden gebruikt als een multiaccess-schema, waarbij verschillende tonen over meerdere gebruikers worden verdeeld. Dit schema wordt OFDMA genoemd en wordt uitgebuit in mobiele WiMAX. Dit schema biedt ook de mogelijkheid om fijne granulariteit te bieden bij de kanaaltoewijzing. In relatief langzame, in de tijd variërende kanalen is het mogelijk om de capaciteit aanzienlijk te vergroten door de datasnelheid per abonnee aan te passen in overeenstemming met de signaal-ruisverhouding van die specifieke hulpdraaggolf.

Robuust tegen smalbandinterferentie:

OFDM is relatief robuust tegen smalbandinterferentie, aangezien dergelijke interferentie slechts een fractie van de subdraaggolven beïnvloedt.

Geschikt voor coherente demodulatie:

Het is relatief eenvoudig om op pilots gebaseerde kanaalschattingen uit te voeren in OFDM-systemen, wat ze geschikt maakt voor coherente demodulatieschema’s die energiezuiniger zijn. Ondanks deze voordelen worden OFDM-technieken ook geconfronteerd met verschillende uitdagingen.

Ten eerste is er het probleem dat gepaard gaat met OFDM-signalen met een hoge piek-tot-gemiddelde verhouding die niet-lineariteiten en clipping-vervorming veroorzaakt. Dit kan leiden tot energie-inefficiënties die moeten worden tegengegaan. Ten tweede zijn OFDM-signalen zeer gevoelig voor faseruis en frequentiespreiding, en het ontwerp moet deze onvolkomenheden verzachten. Dit maakt het ook van cruciaal belang om nauwkeurige frequentiesynchronisatie te hebben.

Hoekspreiding en coherentieafstandsberekening voor Wimax

Berekening van hoekspreiding en coherentieafstand is heel eenvoudig, laten we eens kijken.

Tot nu toe hebben we ons geconcentreerd op hoe de kanaalrespons in de loop van de tijd varieert en hoe de vertragings- en correlatie-eigenschappen ervan kunnen worden gekwantificeerd. Kanalen variëren echter ook in de ruimte. We proberen niet alle aspecten van ruimtelijke/temporele kanalen rigoureus te behandelen, maar zullen een paar belangrijke punten samenvatten.

De RMS-hoekspreiding van een kanaal kan worden aangeduid als en verwijst naar de statistische verdeling van de hoek van de binnenkomende energie. Een groot impliceert dat kanaalenergie van velen binnenkomt

richtingen een klein betekent dat de ontvangen kanaalenergie meer gefocust is. Een grote hoekspreiding treedt doorgaans op als er veel lokale verstrooiing is, wat resulteert in meer statistische diversiteit in het kanaal. Meer gerichte energie resulteert in minder statistische diversiteit.

Het dubbele van de hoekspreiding is de coherentieafstand. Naarmate de hoekspreiding groter wordt, neemt de coherentieafstand af, en omgekeerd. Een coherentieafstand betekent dat alle fysieke posities gescheiden door een in wezen ongecorreleerde ontvangen signaalamplitude en fase hebben. Een geschatte vuistregel is

Dc = 2 λ/ΘRMS

Het geval van Rayleigh-fading gaat uit van een uniforme hoekspreiding; de bekende relatie is

Dc = 9λ/ 16π

Een belangrijke trend die uit de voorgaande relaties kan worden opgemerkt, is dat de coherentieafstand groter wordt

met de draaggolfgolflengte. Systemen met een hogere frequentie hebben dus kortere coherentieafstanden.

Hoekspreiding en coherentieafstand zijn vooral belangrijk bij systemen met meerdere antennes. De coherentieafstand geeft een vuistregel voor hoe ver de antennes uit elkaar moeten staan ​​om statistisch onafhankelijk te zijn. Als de coherentieafstand erg klein is, kunnen antenne-arrays effectief worden gebruikt om een ​​rijke diversiteit te bieden.

Aan de andere kant, als de coherentieafstand groot is, kunnen ruimtebeperkingen het onmogelijk maken om te profiteren van de ruimtelijke diversiteit. In dit geval verdient het de voorkeur dat de antenne-array samenwerkt en gebruik maakt van beamforming. De afwegingen tussen bundelvorming en lineaire arrayverwerking worden in een ander deel besproken.

Welke OFDM-parameters gebruikt in WiMAX

De vaste en mobiele versies van WiMAX hebben enigszins verschillende implementaties van de fysieke OFDM-laag. Vaste WiMAX, gebaseerd op IEEE 802.16-2004, gebruikt een fysieke OFDM-laag op basis van 256 FFT.

Mobile WiMAX, gebaseerd op de IEEE 802.16e-20055-standaard, maakt gebruik van een schaalbare, op OFDMA gebaseerde fysieke laag. In het geval van mobiele WiMAX kunnen de FFT-groottes variëren van 128 bits tot 2.048 bits. De onderstaande tabel toont de OFDM-gerelateerde parameters voor zowel de OFDM-PHY als de OFDMA PHY. De parameters worden hier weergegeven voor slechts een beperkte set profielen die waarschijnlijk zullen worden ingezet en vormen geen uitputtende set van mogelijke waarden.

Fixed WiMAX OFDM-PHY: Voor deze versie is de FFT-grootte vastgesteld op 256, waarvan 192 subdragers

gebruikt voor het overbrengen van gegevens, 8 gebruikt als pilot-subdraaggolven voor kanaalschatting en synchronisatie

doeleinden, en de rest wordt gebruikt als bewakingsband-subdraaggolven.6 Omdat de FFT-grootte vastligt, varieert de afstand tussen de subdraaggolven met de kanaalbandbreedte. Wanneer grotere bandbreedtes worden gebruikt, neemt de afstand tussen de subdraaggolven toe en neemt de symbooltijd af. Het afnemen van de symbooltijd impliceert dat een groter deel moet worden toegewezen als bewakingstijd om de vertragingsspreiding te ondervangen.

Zoals de onderstaande tabel laat zien, biedt WiMAX een breed scala aan bewakingstijden waarmee systeemontwerpers de juiste afweging kunnen maken tussen spectrale efficiëntie en robuustheid van de vertragingsspreiding. Voor maximale robuustheid van de vertragingsspreiding kan een bewakingstijd van 25 procent worden gebruikt, die vertragingsspreidingen tot 16 μs kan opvangen bij gebruik in een 3,5 MHz-kanaal en tot 8 μs bij gebruik in een 7 MHz-kanaal. In relatief goedaardige multipath-kanalen kan de overhead van de bewakingstijd worden teruggebracht tot slechts 3 procent.

Er zijn twee manieren om trainingssymbolen te verzenden: preambule of piloottonen. Preambules omvatten het verzenden van een bepaald aantal trainingssymbolen voorafgaand aan de gebruikersgegevenssymbolen. In het geval van OFDM zijn één of twee OFDM-preambule-symbolen typisch. Piloottonen omvatten het invoegen van een paar bekende pilootsymbolen tussen de subdraaggolven.

Kanaalschatting in MIMO-OFDM-systemen kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, maar het is gebruikelijk om de preambule te gebruiken voor synchronisatie6 en initiële kanaalschatting en de piloottonen voor het volgen van het tijdsvariërende kanaal om nauwkeurige kanaalschattingen te behouden.

In MIMO-OFDM is het ontvangen signaal bij elke antenne een superpositie van de signalen die worden verzonden door de zendantennes. De trainingssignalen voor elke zendantenne moeten dus zonder interferentie met elkaar worden verzonden om het kanaal nauwkeurig te kunnen schatten. De afbeelding toont drie MIMO-OFDM-patronen die interferentie met elkaar vermijden: onafhankelijke, verspreide en orthogonale patronen.

Het onafhankelijke patroon verzendt trainingssignalen van één antenne tegelijk terwijl de andere antennes stil zijn, waardoor orthogonaliteit tussen elk trainingssignaal in het tijdsdomein wordt gegarandeerd. Het is duidelijk dat een kanaal kan worden geschat op basis van de trainingssignaaltijden. Het verspreide pilootpatroon voorkomt overlapping van trainingssignalen in het frequentiedomein door de pilootsymbolen van elke antenne op verschillende subdraaggolven te verzenden, terwijl andere antennes stil zijn op die subdraaggolf. Ten slotte verzendt het orthogonale patroon trainingssignalen die wiskundig orthogonaal zijn, vergelijkbaar met CDMA.

Het onafhankelijke patroon is vaak het meest geschikt voor MIMOOFDM, omdat de preambule meestal in het tijddomein wordt gegenereerd. Voor het verzenden van de piloottonen kan elk van deze methoden of een combinatie daarvan worden gebruikt. In MIMO-OFDM is kanaalinformatie in het frequentiedomein vereist om de datasymbolen op elke subdraaggolf te detecteren.

Aangezien de preambule bestaat uit pilootsymbolen op veel van de subdraaggolven, kan de kanaalfrequentierespons van elke subdraaggolf betrouwbaar worden geschat op basis van de preambule met eenvoudige interpolatietechnieken. In OFDM-symbolen met normale gegevens is er doorgaans een zeer klein aantal piloottonen, dus interpolatie tussen deze geschatte subkanalen is vereist.

De trainingssymboolstructuur voor de preambule en piloottonen wordt weergegeven in figuur , met interpolatie voor pilootsymbolen. Eendimensionale interpolatie over het tijd- of frequentiedomein of tweedimensionale interpolatie over zowel het tijd- als het frequentiedomein kan worden uitgevoerd met een assortiment bekende interpolatie-algoritmen, zoals lineair en FFT.

De derde veronderstelling – dat de achtergrondruis Gaussiaans is en niet gecorreleerd is met de transmissies – is vooral verdacht in een cellulair MIMO-systeem. Alle goed ontworpen cellulaire systemen zijn van nature interferentiebeperkt: als dat niet zo was, zou het mogelijk zijn om de spectrale efficiëntie te verhogen door het hergebruik van frequenties te verlagen of de gemiddelde belasting per cel te verhogen.

In de downlink van een cellulair systeem, waar naar verwachting MIMO het meest winstgevend en levensvatbaar is, zal er een effectief aantal interfererende signalen zijn; het aantal niet te verwaarlozen interfererende naburige basisstations is .

Figuur illustreert de impact van andere celinterferentie in cellulaire MIMO-systemen. Het is uiterst moeilijk voor een MIMO-ontvanger in het MS om tegelijkertijd om te gaan met zowel de ruimtelijke interferentie, als gevolg van de zendantennes, als een hoog niveau van interferentie van andere cellen. Hoewel de meeste onderzoekers dit probleem hebben verwaarloosd, vanwege het gebrek aan traceerbaarheid, is met behulp van zowel de informatie- als de communicatietheorie aangetoond dat de capaciteit van een MIMO-cellulair systeem kan afnemen naarmate het aantal zendantennes toeneemt als de ruimtelijke interferentie niet wordt verstoord. op passende wijze aangepakt.

Samenvattend zijn de meeste theoretische MIMO-resultaten voor omgevingen met hoge SNR en geïdealiseerde (ML)-decodering; in de praktijk moet MIMO functioneren in omgevingen met een lage SINR en ontvangers met een lage complexiteit. Het interferentieprobleem van andere cellen is misschien wel het meest urgente probleem waarmee het gebruik van ruimtelijke multiplexing in WiMAX-systemen wordt geconfronteerd.

Er zijn verschillende oplossingen voorgesteld om met interferentie van andere cellen om te gaan, waaronder interferentiebewuste ontvangers, meercellige stroomregeling, gedistribueerde antennes en meercellige coördinatie. Geen van deze technieken wordt expliciet ondersteund door de WiMAX-standaard op het moment dat dit boek ter perse gaat, hoewel de inzet van interferentiebewuste ontvangers zeker niet door de standaard wordt uitgesloten.

We voorspellen dat creatieve benaderingen van het interferentieprobleem van andere cellen nodig zullen zijn om ruimtelijke multiplexing haalbaar te maken voor andere gebruikers dan degenen die zich zeer dicht bij het basisstation bevinden en dus een zeer laag interferentieniveau ervaren. Daarom kan de eis voor rijke verstrooiing in MIMO-systemen concurreren met het gebruik van directionele/sectorale antennes om interferentie van andere cellen te verminderen.

Ruimtelijke multiplexing en ontvangstdiversiteit in Wimax

Ruimtelijke multiplexing

WiMAX ondersteunt ook ruimtelijke multiplexing, waarbij meerdere onafhankelijke streams over meerdere antennes worden verzonden. Als de ontvanger ook meerdere antennes heeft, kunnen de stromen worden gescheiden met behulp van ruimte-tijdverwerking. In plaats van de diversiteit te vergroten, worden in dit geval meerdere antennes gebruikt om de datasnelheid of capaciteit van het systeem te vergroten. Uitgaande van een rijke multipath-omgeving kan de capaciteit van het systeem lineair worden vergroot met het aantal antennes bij het uitvoeren van ruimtelijke multiplexing.

Een 2×2 MIMO-systeem verdubbelt daarom de piekdoorvoercapaciteit van WiMAX. Als het mobiele station slechts één antenne heeft, kan WiMAX nog steeds ruimtelijke multiplexing ondersteunen door over meerdere gebruikers in de uplink te coderen. Dit wordt collaboratieve ruimtelijke multiplexing voor meerdere gebruikers genoemd. In tegenstelling tot zenddiversiteit en beamforming werkt ruimtelijke multiplexing alleen onder goede SINR-omstandigheden.

Ontvang diversiteit

De meest voorkomende vorm van ruimtelijke diversiteit is ontvangstdiversiteit, vaak met slechts twee antennes. Dit soort diversiteit is bijna alomtegenwoordig op mobiele basisstations en draadloze LAN-toegangspunten. Ontvangstdiversiteit stelt geen bijzondere eisen aan de zender, maar vereist een ontvanger die de aantal ontvangen streams verwerkt en op de een of andere manier combineert.

Veelgebruikte combinatie-algoritmen: selectiecombinatie (SC) en maximale ratio-combinatie (MRC). Hoewel ontvangstdiversiteit zeer effectief is in zowel vlakke fading- als frequentieselectieve fadingkanalen, concentreren we ons nu op het vlakke fading-scenario, waarin het signaal dat door elk van de antennes wordt ontvangen niet gecorreleerd is en hetzelfde gemiddelde vermogen heeft.

Ruimtelijke diversiteit doorgeven is een nieuwer fenomeen dan diversiteit ontvangen en is pas begin jaren 2000 op grote schaal geïmplementeerd. Omdat de signalen die door verschillende zendantennes worden verzonden, met elkaar interfereren, is verwerking vereist bij zowel de zender als de ontvanger om diversiteit te bereiken en tegelijkertijd de ruimtelijke interferentie te verwijderen of op zijn minst te verzwakken.

Transmitdiversiteit is bijzonder aantrekkelijk voor de downlink van op infrastructuur gebaseerde systemen zoals WiMAX, omdat het de last voor meerdere antennes verschuift naar de zender, die in dit geval een basisstation is, waardoor MS’s met een groot vermogen, grote omvang en grote voordelen enorm profiteren en kostenbeperkingen.

Als de meerdere antennes zich al bij het basisstation bevinden voor uplink-ontvangstdiversiteit, zijn de extra kosten van het gebruik ervan voor zenddiversiteit zeer laag. Zendschema’s met meerdere antennes – zowel zenddiversiteit als ruimtelijke multiplexing – worden vaak gecategoriseerd als open lus of gesloten lus. Open-lussystemen vereisen geen kennis van het kanaal op de zender.

Integendeel, gesloten-lussystemen vereisen dus kanaalkennis bij de zender
waarbij wederkerigheid van beide kanalen nodig is – hetzelfde uplink- en downlink-kanaal, mogelijk in TDD – of, gebruikelijker, een feedbackkanaal van de ontvanger naar de zender.

Het meest populaire zenddiversiteitsschema met open lus is ruimte-tijdcodering, waarbij een code die bekend is bij de ontvanger wordt toegepast op de zender. Hoewel de ontvanger het kanaal moet kennen om de ruimte-/tijdcode te decoderen, is dit geen grote last, aangezien het kanaal toch bekend moet zijn voor andere decoderingsbewerkingen.

Ruimte/tijd-codering werd voor het eerst voorgesteld in het begin van de jaren negentig, voordat er eind jaren negentig grote belangstelling voor ontstond. Van de vele soorten ruimte/tijdcodes concentreren we ons hier op ruimte/tijdblokcodes (STBC’s), die zich lenen voor eenvoudige implementatie en zijn gedefinieerd voor transmissiediversiteit in WiMAX-systemen.

Een belangrijke doorbraak eind jaren negentig was een ruimte/tijd-blokcode die ofwel de Alamouti-code werd genoemd (naar de uitvinder ervan [1]) ofwel de orthogonale ruimte/tijd-blokcode (OSTBC). Deze eenvoudige code is het meest populaire middel geworden om zenddiversiteit te bereiken, vanwege het gemak van implementatie – lineair bij zowel de zender als de ontvanger – en zijn optimaliteit met betrekking tot de diversiteitsvolgorde. De eenvoudigste STBC komt overeen met twee zendantennes en een enkele ontvangstantenne.

Geavanceerde antennesystemen, zenddiversiteit en beamforming in Wimax

Geavanceerde antennesystemen

De WiMAX-standaard biedt uitgebreide ondersteuning voor het implementeren van geavanceerde oplossingen met meerdere antennes om de systeemprestaties te verbeteren. Aanzienlijke winst in de algehele systeemcapaciteit en spectrale efficiëntie kan worden bereikt door de optionele geavanceerde antennesystemen (AAS) in te zetten die in WiMAX zijn gedefinieerd. AAS biedt ondersteuning voor een verscheidenheid aan oplossingen met meerdere antennes, waaronder zenddiversiteit, beamforming en ruimtelijke multiplexing.

Breng diversiteit over:

WiMAX definieert een aantal ruimte-tijdblokcoderingsschema’s die kunnen worden gebruikt om zenddiversiteit in de downlink te bieden. Voor zenddiversiteit kunnen er twee of meer zendantennes en één of meer ontvangstantennes zijn. De ruimte-tijdblokcode (STBC) die wordt gebruikt voor de 2 × 1 antennebehuizing zijn de Alamouti-codes, die orthogonaal zijn en vatbaar zijn voor detectie met maximale waarschijnlijkheid.

De Alamouti STBC is vrij eenvoudig te implementeren en biedt dezelfde diversiteitsversterking als 1 × 2 ontvangerdiversiteit met maximale ratio-combinatie, zij het met een boete van 3 dB vanwege redundante transmissies. Maar zenddiversiteit biedt het voordeel dat de complexiteit wordt verschoven naar het basisstation, waardoor de MS-kosten laag blijven. Naast de 2 × 1-behuizing definieert WiMAX ook STBC’s voor de gevallen met drie en vier antennes.

Beamforming:

Er kunnen ook meerdere antennes in WiMAX worden gebruikt om hetzelfde signaal uit te zenden, op de juiste manier gewogen voor elk antenne-element, zodat het effect is dat de verzonden straal in de richting van de ontvanger wordt gefocusseerd en weg van interferentie, waardoor de ontvangen ontvangst wordt verbeterd.
ZIN. Beamforming kan zorgen voor een aanzienlijke verbetering van het dekkingsbereik, de capaciteit en de betrouwbaarheid.

Om zendbundelvorming uit te voeren, moet de zender nauwkeurige kennis van het kanaal hebben, wat in het geval van TDD gemakkelijk beschikbaar is vanwege kanaalwederkerigheid, maar voor FDD is een feedbackkanaal nodig om de kanaalkarakteristieken te leren. WiMAX ondersteunt beamforming in zowel de uplink als de downlink. Voor de uplink neemt dit vaak de vorm aan van ontvangstbundelvorming.

QoS-mechanismen in pakketnetwerken

Er zijn drie soorten QoS-mechanismen in pakketnetwerken.

1. Besturingsvlakmechanismen
2. Datavlakmechanismen
3. Zijn afwegingen

Besturingsvlakmechanismen

Dergelijke mechanismen omvatten QoS-beleidsbeheer, signalering en toegangscontrole. QoS-beleidsbeheer gaat over het definiëren en leveren van de verschillende niveaus en typen QoS-services, en over het beheren van welke gebruiker en applicatie welke QoS krijgt. Figuur toont een gegeneraliseerd beleidsbeheersysteem zoals beschreven door IETF dat kan worden gebruikt voor het beheren van QoS-beleid.

De componenten van het systeem omvatten

(1) een beleidsrepository, doorgaans een map die de beleidsgegevens bevat, zoals gebruikersnaam, applicaties en de netwerkbronnen waar deze recht op hebben.

(1)

(2) beleidsbeslissingspunten (PDP), die de beleidsgegevens op een hoger niveau vertalen naar specifieke configuratie-informatie voor individuele netwerkknooppunten.

(3) beleidshandhavingspunten (PEP), dit zijn de gegevenspadknooppunten die reageren op de beslissingen die door de PDP worden genomen.

(4) protocollen voor communicatie tussen de gegevensopslag, PDP en PEP. Voorbeelden van deze protocollen zijn onder meer LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) [30] voor communicatie tussen gegevensbron en PDP, en COPS (Common Open Protocol Services) voor communicatie tussen PDP en PEP. Signalering gaat over hoe een gebruiker QoS-vereisten communiceert met een netwerk. Signaleringsmechanismen kunnen statisch of dynamisch zijn. In het statische geval neemt de PDP de beleidsinformatie op hoog niveau uit de beleidsgegevens en creëert configuratie-informatie die naar elke PEP wordt doorgestuurd die het beleid afdwingt. Beleidsgegevens worden doorgaans aangemaakt op basis van service-level-overeenkomsten (SLA) tussen de gebruiker en de netwerkaanbieder. In het dynamische geval worden de QoS-vereisten vlak voor de datastroom naar behoefte door de gebruiker of applicatie gesignaleerd. RSVP (Resource Reservation Protocol) is een protocol dat voor dergelijke signalering wordt gebruikt.

Wanneer een verzoek om een ​​bepaalde QoS bij de PEP binnenkomt, neemt deze contact op met de PDP voor goedkeuring en wijst, indien geaccepteerd, de benodigde middelen toe voor het leveren van de gevraagde QoS. Toegangscontrole, de andere belangrijke functie van het controlevlak, is het vermogen van een netwerk om de toegang tot nieuw verkeer te controleren.
gebaseerd op de beschikbaarheid van hulpbronnen. Toelatingscontrole is nodig om ervoor te zorgen dat nieuw verkeer alleen tot het netwerk wordt toegelaten als deze toegang de prestaties van bestaand verkeer niet in gevaar brengt. Toegangscontrole kan worden uitgevoerd bij elk knooppunt per hop, alleen bij het ingangsrandknooppunt, of door een gecentraliseerd systeem dat kennis heeft van de end-to-end netwerkomstandigheden.

Datavlakmechanismen

Deze methoden dwingen de overeengekomen QoS af door de binnenkomende pakketten in verschillende wachtrijen te classificeren en aan elke wachtrij de juiste bronnen toe te wijzen. Classificatie gebeurt door de headers van binnenkomende pakketten te inspecteren; Toewijzing van bronnen gebeurt door gebruik te maken van geschikte planningsalgoritmen en bufferbeheertechnieken voor het opslaan en doorsturen van pakketten in elke wachtrij. Er zijn fundamenteel twee verschillende benaderingen voor de manier waarop deze wachtrijen worden gedefinieerd. De eerste benadering, genaamd afhandeling per stroom, is het hebben van een aparte wachtrij voor elke individuele sessie of stroom. In dit geval moeten pakketten die tot een bepaalde sessie of stroom behoren, uniek worden geïdentificeerd.

Voor IP-verkeer zijn dit doorgaans de vijf velden in de IP-header: bron- en bestemmings-IP-adressen, bron- en bestemmingspoortadressen en transportlaagprotocolvelden. De IntServ-methoden die door de IETF zijn gedefinieerd, maken gebruik van de verwerking per stroom van IP-pakketten. Vanuit het perspectief van de eindgebruiker heeft de afhandeling per stroom de neiging om de ervaren kwaliteit te verbeteren, omdat aan een bepaalde sessie middelen worden toegekend die onafhankelijk zijn van andere sessies. Perflow-afhandeling vereist echter dat elk netwerkknooppunt de status van individuele sessies bijhoudt en onafhankelijke verwerking toepast, wat erg moeilijk of onpraktisch wordt wanneer het aantal stromen erg groot wordt, vooral in de kern van het netwerk.

De tweede benadering is om pakketten in een paar verschillende generieke klassen te classificeren en elke klasse in een andere wachtrij te plaatsen. Deze aanpak wordt geaggregeerde afhandeling genoemd, omdat wachtrijen hier bestaan ​​uit pakketten van meerdere sessies of stromen. Ook hier wordt een vorm van identificatie in de pakketkop gebruikt om te bepalen tot welke aggregatieklasse het pakket behoort. DiffServ en 802.1p zijn voorbeelden van mechanismen voor geaggregeerde verkeersafhandeling voor respectievelijk IP- en Ethernet-pakketten. Geaggregeerde afhandeling vermindert de statusonderhouds- en verwerkingslast op netwerkknooppunten en is veel schaalbaarder dan methoden per stroom. De kwaliteit van de gebruikerservaring kan echter enigszins in het gedrang komen, omdat deze wordt beïnvloed door verkeer van anderen.

Afwegingen

Zowel de mechanismen op het controlevlak als op het datavlak brengen afwegingen met zich mee. Een hogere complexiteit kan in beide gevallen betere QoS-garanties bieden. Op het besturingsvlak kunnen bijvoorbeeld beslissingen over toegangscontrole en de efficiëntie van de toewijzing van middelen worden verbeterd als de gebruiker de vereisten gedetailleerder aan het netwerk meldt. Dit verhoogt echter de signaalbelasting. Het afdwingen van fijnmazige QoS-vereisten verhoogt de complexiteit van de datavlakmechanismen, zoals planning en bufferbeheer. Netwerkontwerpers moeten ernaar streven onnodige complexiteit te verminderen en tegelijkertijd betekenisvolle QoS te leveren.

Authenticatie en toegangscontrole in Wimax

Toegangscontrole is het beveiligingsmechanisme om ervoor te zorgen dat alleen geldige gebruikers toegang krijgen tot het netwerk.

In de meest algemene termen bestaat een toegangscontrolesysteem uit drie elementen: (1) een entiteit die toegang wil krijgen: de aanvrager, (2) een entiteit die de toegangspoort controleert: de authenticator, en (3) een entiteit die beslist of de aanvrager moet worden toegelaten: de authenticatieserver.

De afbeelding toont een typische toegangscontrolearchitectuur die door serviceproviders wordt gebruikt. Toegangscontrolesystemen werden eerst ontwikkeld voor gebruik met inbelmodems en vervolgens aangepast voor breedbanddiensten.

De basisprotocollen die voor inbeldiensten zijn ontwikkeld, zijn PPP (point-to-point protocol) en remote dial-in user service (RADIUS).

PPP wordt gebruikt tussen de aanvrager en de authenticator, wat in de meeste gevallen de edge-router of netwerktoegangsserver (NAS) is, en RADIUS wordt gebruikt tussen de authenticator en de authenticatieserver.

PPP ondersteunde oorspronkelijk slechts twee soorten authenticatieschema’s: PAP (password authenticatieprotocol) en CHAP (challenge handshake authenticatieprotocol), die beide niet robuust genoeg zijn om in draadloze systemen te worden gebruikt.

Veiliger authenticatieschema’s kunnen door PPP worden ondersteund met behulp van EAP (extensible authenticatieprotocol).

Uitbreidbaar authenticatieprotocol

EAP, een flexibel raamwerk gecreëerd door de IETF (RFC 3748), maakt het mogelijk dat willekeurige en gecompliceerde authenticatieprotocollen worden uitgewisseld tussen de aanvrager en de authenticatieserver.

EAP is een eenvoudige inkapseling die niet alleen over PPP kan lopen, maar ook over elke link, inclusief de WiMAX-link. Figuur illustreert het EAP-framework. EAP omvat een reeks onderhandelingsberichten die worden uitgewisseld tussen de client en de authenticatieserver.

Het protocol definieert een reeks verzoek- en antwoordberichten, waarbij de authenticator verzoeken naar de authenticatieserver stuurt; op basis van de reacties kan toegang tot de cliënt worden verleend of geweigerd.

Het protocol kent typecodes toe aan verschillende authenticatiemethoden en delegeert de taak van het bewijzen van de identiteit van de gebruiker of het apparaat aan een hulpprotocol, een EAP-methode, dat de regels definieert voor het authenticeren van een gebruiker of een apparaat.

Er is al een aantal EAP-methoden gedefinieerd om authenticatie te ondersteunen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een verscheidenheid aan inloggegevens, zoals wachtwoorden, certificaten, tokens en smartcards.

Beveiligde EAP (PEAP) definieert bijvoorbeeld een op een wachtwoord gebaseerde EAP-methode, EAP-transport-layer security (EAP-TLS) definieert een op certificaten gebaseerde EAP-methode, en EAP-SIM (subscriber Identity Module) definieert een op een simkaart gebaseerde EAP. methode.

EAP-TLS biedt sterke wederzijdse authenticatie, omdat het afhankelijk is van certificaten op zowel het netwerk als de abonneeterminal.

In WiMAX-systemen loopt EAP van de MS naar de BS via het PKMv2-beveiligingsprotocol (Privacy Key Management) dat is gedefinieerd in de IEEE 802.16e-2005 air-interface.

Als de authenticator zich niet in het BS bevindt, geeft het BS het authenticatieprotocol door aan de authenticator in het toegangsservicenetwerk (ASN). Van de authenticator naar de authenticatieserver wordt EAP overgedragen via RADIUS.