Bezdrátová budoucnost – srovnání technologií Wi-Fi a WiMAX

WiMAX je, stejně jako Wi-Fi zaštiťován organizací IEEE, a to sadou norem 802.16. První verze standardu byla vydána v roce 2001, v současné době se rozrůstá počet verzí. Pro aktuální informace a stažení standardů doporučujeme navštívit stránky IEEE. Na počátku, v roce 2001, byla technologie WiMAX plánována pro užití v pásmu 10 – 66 GHz. Vzhledem k vysokým frekvencím je jasné, že nemohlo být uvažováno o rádiových spojích bez přímé viditelnosti mezi vysílačem a přijímačem. Maximální teoretická přenosová rychlost takovýchto spojů měla být až 135 Mbit/s a dosah okolo 50 km. V roce 2003 byla vydána norma 802.16a, která zavedla nižší frekvenční pásma v rozsahu 2 – 11 GHz. Na těchto frekvencích lze dosáhnout sice nižší, ale pořád výborné teoretické přenosové rychlosti 75 Mbit/s. Počítá se i se spojením bez přímé viditelnosti s maximálním dosahem cca 7 – 9 km. V dnešní době se WiMAX používá v drtivé většině případů na frekvenci 3,5 GHz, pokud mluvíme o Evropě.
Pokud upřeme svůj pohled na Wi-Fi, jeho využití bylo plánováno naprosto jiným směrem. Mělo sloužit jako náhrada kabelových rozvodů v budovách. Využívá frekvenční pásma 2,4 a 5 GHz. Dnes se velmi často budují na základě Wi-Fi i venkovní spoje, ač pro ně není tato technologie vhodná. Nicméně je využívána hlavně jako cenově velmi dostupné řešení v situacích, kdy spolehlivost není až tak klíčová.
Modulace a šířka kanálu
U WiMAXu bylo od počátku počítáno s využitím modulace OFDM, kdy je přenosový kanál rozdělen na řadu subkanálů. Nejčastější rušení vzniká kvůli interferencím nebo únikem, a právě proti tomu je modulace OFDM značně odolná. Většinou se nestává, aby byly rušeny všechny frekvence v rámci kanálu. Proto při takovémto problému dochází obvykle jen ke snížení přenosové rychlosti a ne k totální ztrátě spojení. U Wi-Fi je situace částečně odlišná, pro normy 802.11a a 802.11g je využito OFDM. 802.11b, která je nejčastěji nasazována na venkovních spojích, využívá systému s rozprostřeným spektrem.
Nejpoužívanější normy Wi-Fi, 802.11b a 802.11g dělí frekvenční pásmo na 11 až 13 kanálů (záleží na geografické lokaci), ale kvůli přesahům nedochází pouze u tří z nich ke vzájemnému rušení. U WiMAX nelze přesně rozpočítat přidělené pásmo na počet kanálů, protože ty mohou mít různou šířku, která se pohybuje v rozmezí 1,75 až 28 MHz. Mezikanálové rušení jako u Wi-Fi zde samozřejmě nepřipadá v úvahu.

Přístup k médiu
Wi-Fi umožňuje na každém kanále využít více spojení, rozdělení přístupu k médiu je zajištěno pomocí metody CSMA/CD. Každa stanice nejprve detekuje, zda již není médium obsazeno stanicí jinou a až poté začne vysílat. V případě kolize vyčká po náhodně zvolený interval a poté se pokusí o spojení znovu. To nebývá problém v případě, že je Wi-Fi využito pro svůj prvotní účel, tedy pokrytí kanceláří a podobných prostor. Při venkovním nasazení a využití směrových antén ale velmi často vzniká tzv. problém skrytého uzlu, kdy se klientské stanice navzájem „neslyší“. Toto je částečně řešeno pomocí RTS/CTS (request to send, clear to send) zpráv (metoda CSMA/CA), ale jen pro větší datové jednotky a tedy ne zcela. WiMAX těmito problémy netrpí neboť obsahuje pokročilé řízení přístupu k médiu, které vylučuje jakékoliv kolize. Každý kanál o celkové šířce 28 MHz může být, jak již bylo řečeno, rozdělen na řadu subkanálů různé šířky. Data jsou vysílána pomocí rámců, přičemž může být celý kanál přidělen pouze jedné klientské stanici nebo rozdělen mezi více pomocí TDMA.
K zajištění duplexního přenosu dochází dvěma způsoby, buď pomocí frekvenčního duplexu (FDD), kdy je pro každý směr vyhrazen jeden frekvenční kanál nebo pomocí duplexu časového (TDD), kdy jsou přenosové rámce rozděleny do slotů, přičemž část z nich je přidělena pro dowlink a část pro uplink. V dnešní době je ve většině případů z historických důvodů využito rozdělení pomocí FDD. S příchodem mobilního WiMAXu se počítá spíše s využití, TDD, které je vhodnější pro asymetrické služby. FDD je kvůli složitějšímu hardware finančně náročnější, ale může být vhodné například pro VoIP, které generuje v obou směrech stejný datový tok.

Na kvalitu služeb nelze zapomínat
S problémem rozdělení pásma mezi jednotlivé stanice jsme se již vypořádali, teď se zaměříme na problematiku řízení kvality služeb, QoS. Při vzniku normy 802.11 nebylo od začátku počítáno s QoS, to přišlo až s normou 802.11e. Využitá metoda stále využívá CDMA/CA a QoS, zjednodušeně řečeno, pracuje na náhodném přístupu k médiu, kdy je pro služby s různou prioritou přidělen jiný rozsah náhodně voleného intervalu, po který čeká před započetím vysílání. Datové rámce s vyšší prioritou mají čekací intervaly nastaveny na kratší dobu a tím dochází k jejich prioritizaci. Wi-Fi také dokáže využít tzv. intervaly bez soutěžení, kdy je přenosové médium přiděleno přístupovým bodem. Největším problémem QoS u Wi-Fi je fakt, že ne všechny stanice podporují standard 802.11e a také skutečnost, že nelze příliš optimalizovat rozdělení pásma, aby upřednostněním například hlasových služeb zbytečně až příliš neutrpěla kvalita služeb s nižší prioritou.
U WiMAXu bylo s využitím QoS počítáno již při návrhu a svou robustností a možnostmi bývá řízení kvality služeb u této technologie přirovnáváno k ATM. Provoz je rozdělen do čtyř tříd, nazvaných Unsolicited Grant Service (UGS), Real-time Polling Service (rtPS), Non-real-time Polling Service (nrtPS) a Best Effort (BE). Největší prioritu má třída UGS, která je používána pro služby s kritickými nároky na propustnost, zpoždění a jeho kolísání, tedy klasicky na VoIP. Třída rtPS je určena pro aplikace podobného typu, ale s větší tolerancí ke zpoždění. Typicky se jedná o videokonferenční hovory a podobně. Do nrtPS jsou řazena data, u kterých sice neexistují nároky na zpoždění nebo propustnost, ale je velmi důležité, aby byla doručena v pořádku, například emailové zprávy a podobně. Třídu Best Effort není zajisté nutno představovat. Základní výhodou QoS u technologie WiMAX oproti Wi-Fi je její větší robustnost a také fakt, že s řízením kvality služeb bylo počítáno již při jejím samotném návrhu.

Jaká nás čeká budoucnost?
Ač po dlouhou dobu byly venkovní Wi-Fi spoje levným řešením tzv. problému poslední míle, s přibývajícím rušením a také s rostoucím počtem služeb s vysokými nároky na spolehlivost a zpoždění, dochází v jeho nasazování pro tento úkol ke značnému útlumu. Pro tento úkol je totiž mnohem lépe určená technologie WiMAX. Ta je navíc, díky klesajícím cenám, stále dostupnější. Wi-Fi může být a zřejmě i bude nadále využíváno pro lokální rozdělení konektivity, kdy páteřní spoj bude samozřejmě zajištěn za pomoci WiMAX. Budoucnost je tedy ve vzájemné koexistenci obou technologií, přičemž Wi-Fi bude konečně využívána hlavně pro účel, pro který byla prvotně stvořena. V případě, že chcete vybudovat vaši přístupovou síť pomocí WiMAX, zajisté si vyberete z námi nabízených řešení firmy Alvarion. Pro rozdělení konektivity pomocí Wi-Fi se velmi dobře hodí výrobky Signamax.