Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 73

Broadband Wireless Access (BWA) – der WMAN-Standard IEEE 802.16 (WiMax)

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Entwicklungshintergrund und Ziele

Das IEEE 802.16 MAC-Protokoll wurde für breitbandige Point-to-Multipoint-Kommunikation mit hohen Datenraten im Up- und Downstream entworfen.

Die Basisstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine zentrale Station BS gibt, die die (in diesem Fall aus den Funkkanälen bestehende) Bandbreite unter die Subscriber Stations verteilt. Dabei gibt es immer zwei Richtungen: Uplink von einer SS zu der BS und Downlink von der BS zu einer SS.

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In der ursprünglichen Version des Standards sind nur diese Richtungen erlaubt. SSs kommunizieren in keinem Falle direkt miteinander. Der BS stehen vielfältige Möglichkeiten zur Organisation des Netzes zur Verfügung, die sich aus Raum- und Zeitmultiplex sowie Kombinationen ergeben. Möchte eine SS senden, benötigt sie dazu grundsätzlich eine Erlaubnis von der BS. Deshalb heißen die primären Steuerungsverfahren auch Request/Grant-Verfahren.

Die häufigste Organisationsform ist die, in der sich alle SSs einen Uplink-Kanal im Zeitscheibenverfahren teilen (TDMA) und die zur Verfügung stehende Gesamtbandbreite ansonsten für die Downlinks benutzt wird. Downlinks können unterschiedliche Bandbreiten haben.

Dies trägt der Grundannahme Rechnung, dass der Verkehr entweder schmalbandig und symmetrisch ist (wie z.B. bei VoIP) oder breitbandig und asymmetrisch.

Da die BS die Betriebsmittel deterministisch verteilt, spricht man generell im Standard nicht von „Zugriffsverfahren“ sondern, angelehnt an die Welt der Betriebssysteme, von „Scheduling“. Die einzige Stelle, an der ein gewisser Nichtdeterminismus auftreten kann ist die, an der eine SS neu ins Netz eintreten möchte und zu diesem Zeitpunkt noch keinen Uplink-TDMA-Slot hat. Versuchen mehrere Stationen zur gleichen Zeit neu einzutreten, können sie dabei einer Kollision unterliegen. Die BS merkt dies sofort und ergreift geeignete Maßnahmen. Das kann, wie gesagt, aber nur beim initilalen Eintritt in das Netz passieren und nicht während der eigentlichen Datenübertragung.

Der Eintritt in das Netz ist nur der Beginn eines umfangreichen mehrstufigen Anmeldevorgangs, der neben vielfältigen nachrichtentechnischen Einstellungen auch hochgradige Security-Mechanismen beinhaltet. Spontane Sendungen einer SS gibt es grundsätzlich nicht. Grundsätzlich ist demnach nur verbindungsorientierte Kommunikation vorgesehen. Dienste höherer Schichten, die ihrer Natur nach connectionless arbeiten, werden von der MAC der BS auf definierte, identifizierbare Verbindungen abgebildet.

Zugriffsverfahren und Verfahren zur Bandbreitezuordnung müssen in der Lage sein, Hunderte von Terminals pro Kanal zu bedienen, wobei ein einzelnes Terminal auch noch verschiedene unterschiedliche Benutzer versorgen kann (z.B. in dem Falle, wo der WMAN-Anschluss nach IEEE 802.16 hergestellt, die Leistung aber mit einem Ethernet oder IEEE 802.11WLAN verteilt wird).

Die Dienste, die die Benutzer benötigen, sind ihrer Natur nach unterschiedlich und umfassen im Wesentlichen Voice- und Datenübertragung nach traditionellen TDM-Verfahren, IP-Connectivity und VoIP. Um dies zu realisieren, muss die MAC kontinuierlichen Verkehr und burstartigen Verkehr unterstützen. Zusätzlich erwarten diese Dienste eine zugeordnete Dienstqualität.

Die 802.16 MAC liefert einen weiten Bereich von Diensttypen analog zu den klassisch definierten Diensttypen in ATM und neueren Kategorien wie Guaranteed Frame Rate (GFR). Das 802.16 MAC-Protokoll muss darüber hinaus eine Reihe von unterschiedlichen Backbone-Systemen, wie ATM-Netze und schnelle optische Ethernet-Systeme unterstützen. Dazu definierte man eine Reihe von Konvergenz-Teilschichten mit verschiedenen Eigenschaften, die die unterschiedlichen Anforderungen ineinander abbilden. Zu den Eigenschaften gehören unter anderem die Unterdrückung von Payload Headern, das Umpacken von Daten und die Fragmentierung.

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