Il WiMAX, acronimo di Worldwide Interoperability for Microwave Access, è una tecnologia che consente l'accesso a reti di telecomunicazioni a banda larga senza fili. L'acronimo è stato definito da WiMAX forum, consorzio formato da più di 300 aziende, il cui scopo è sviluppare, supervisionare, promuovere e testare la interoperabilità di sistemi basati sullo standard IEEE 802.16, conosciuto come WirelessMAN. Il WiMAX forum si è formato nel giugno 2001.

WiMAX è una nuova tecnologia di trasmissione senza fili che da accesso alla banda larga, in grado di fornire elevate prestazioni, sia in termini di velocità di trasmissione dei dati e sia nei bassi costi di manutenzione degli impianti. La possibilità di essere utilizzato su qualsiasi tipo di territorio, a prescindere dalle caratteristiche geografiche rende il WiMAX molto competitivo sul mercato per ogni tipo di utenza, WiMAX è in grado di operare sia su bande di frequenza sottoposte a licenza che su bande "non licenziate". La tecnologia supporta una velocità di trasmissione fino ai 70Mbit/s in aree metropolitane, utilizzando una tecnologia che non richiede la visibilità ottica tra le stazioni. Secondo i proponenti del WiMAX questa ampiezza di banda è sufficiente per supportare simultaneamente almeno 40 aziende con connettività di tipo T1 e 70 abitazioni con connettività a livello xDSL da 1Mbit/s.

WiMAX ha un potenziale tale da consentire di allargare a molti milioni gli accessi ad internet senza fili, proprio per il proprio basso costo e la facilità di implementazione della struttura: la copertura di WiMAX si misura in Km quadrati, mentre quella del WI-FI viene misurata in decine di metri quadrati. Per questo motivo è una tecnologia che dovrebbe ridurre il digital divide. Le stazioni-base WiMAX dovrebbero riuscire a coprire intere aree metropolitane collocando ciascuna area entro un WMAN e consentendo che all'interno di questa si realizzi una vera mobilità senza fili. I proponenti sperano che questa tecnologia nel giro di pochi anni venga adottata anche per i computer portatili e per i PDA. Occorre però precisare che il vero roaming a banda larga di tipo cellulare senza fili si baserà sullo standard 802.20, compatibile con il WiMAX.

Di seguito vengono elencate le caratteristiche che rendono lo standard WiMAX competitivo:

Flessibilità: WiMAX è in grado di supportare sistemi punto-multi punto (P-MP) e multi punto-multi punto (MP-MP, detti anche MESH)

Sicurezza: WiMAX implementa diverse tecniche di crittografia, sicurezza ed autenticazione contro intrusioni da parte di terzi.

Qualità del Servizio (QoS): WiMAX supporta 4 tipologie di qualità del servizio: Unsolicited Grant Service per sistemi real time di dimensione fissa (VOIP), Real-Time Polling Service (rtPS) per sistemi real time di dimensione variabile (applicazioni video), Non Real-Time Polling Service (nrtPS) per flussi di dati tolleranti al ritardo (FTP), Best Effort (BE) per flussi di dati dove non è richiesto livello minimo di servizio.

Throughput utilizzando lo schema di modulazione IEEE 802.16 WiMAX trasporta una grossa quantità di traffico con un alto livello di efficienza.

Installazione: WiMAX non richiede particolari equipaggiamenti. Un'antenna può essere sufficiente.

Interoperabilità: WiMAX è uno standard e quindi indipendente dal tipo di apparato o dal provider.

Mobilità: grazie allo standard 802.16e WiMAX permette connessioni in ambienti mobili fino a 160 Km/h

Costi e Copertura: lo standard di tipo "open", unito all'economia di scala dovuta alla produzione dei componenti WiMAX, dovrebbe ridurre notevolmente i costi per fornitori ed utenti, assicurando la copertura tra Base Station e Sub scriver Station, ad elevata velocità.

NLOS (not line of sign): la capacità di trasmettere attraverso territori parzialmente ostruiti grazie alla modulazione utilizzata.

Inoltre, le potenzialità di WiMAX fanno si che questa tecnologia venga utilizzata nelle seguenti applicazioni:

Connessione tra hot spot Wi-Fi, e tra hot spot e rete internet.

Alternativa alla tecnologia xDSL.

Servizi e connessione ad alta velocità per dispositivi mobili.

Elementi di una rete WiMAX

Una rete WiMAX è generalmente costituita da due elementi: la Base Station (BS), la Sub scriver Station (SS), i Terminal Equipment (TE), la Repeater Station (RS).

Definiamo Base Station in una comunicazione radio, una postazione di comunicazione fissa senza fili che ha il compito di ricevere, amplificare e ritrasmettere i segnali provenienti da stazioni lontane. Il compito principale di una Base Station è quella di fornire copertura su un'area e raccogliere tutto il traffico proveniente dalle varie Sub scriver Station connesse ad essa. La Base Station rappresenta il gateway che permette agli utenti di connettersi alla rete WiMAX, con il vincolo di un unico punto di accesso alla volta.

Le BS sono collegate alla rete dalla quale ricevono/trasmettono flussi dati delle varie SS. Per fornire ad un edificio l'accesso alla rete basta installare un antenna al suo esterno. La Sub scriver Station inoltra il traffico proveniente dal Terminal Equipment a cui è connessa verso la Base Station che a sua volta inoltra il traffico verso la destinazione finale.

Il Terminal Equipment è l'apparato terminale tramite il quale l'utente si connette alla rete (es PC)

La Repeater Station è l'apparato che ripete le trame ricevute e serve a raggiungere utenze molto distanti dalla BS. Può essere usato anche come ripetitore per il traffico proveniente dal Termina Equipment a cui è connessa verso la Base Station.

In definitiva una BS può essere collegata:

Ad altre BS tramite link wireless

Con una SS

Ad un TE

La Sub scriver Station si occupa di inoltrare il traffico proveniente dal suo Terminal Equipment verso la Base Station che a sua volta si occuperà di inviare il traffico alla destinazione finale.

Lo standard di base

WiMAX si basa sulla famiglia di standard IEEE 802.16, noto anche come WirelessMAN, specializzato nell'accesso a banda larga senza fili punto-multi punto. Secondo alcuni si potrebbe dire che WiMAX è sinonimo di IEEE 802.16. Ciò nonostante uno degli obbiettivi fondamentali del WiMAX Forum, è la ricerca dell'interoperabilità , e i dispositivi che vengono ufficialmente certificati da questa organizzazione rispettano gli standard IEEE 802.16 e lo standard HIPERMAN.

Le caratteristiche Tecniche

Il livello MAC dell' IEEE 806.16 esegue le funzioni dello standard MAC fornendo al livello fisico un interfaccia indipendente dal mezzo usato. A causa del fatto che il livello fisico dello standard WiMAX è ti tipo wireless, l'aspetto principale del livello MAC consiste nel gestire le risorse del collegamento aereo in modo opportuno. Il livello MAC fornisce i servizi di accesso al mezzo, di autenticazione ed associazione alla rete e di frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti. Questo livello non specifica il tipo di trama, ma trasporta e collega oggetti che hanno il medesimo formato d'informazione.

Il protocollo MAC 802.16 è di tipo connection-oriented ed è stato progettato per reti di tipo punto-multi punto. Il MAC comprende tre sottolivelli:

I. Il sottolivello di Convergenza di Servizio Specifico (CS)

II. Il sottolivello MAC a parte comune (MAC CPS)

III. Sottolivello di Privacy (Privacy Sublayer)

Il MAC CS si occupa di accettare protocolli dai livelli superiori (Livello 3), ricevuti attraverso il punto di accesso al servizio CS, per poi processarli, classificarli e garantire un'adeguata trasmissione/ricezione verso i rispettivi paritetici CS. Il MAC CPS garantisce l'accesso al sistema l'allocazione della banda, l'instaurazione e la manutenzione della connessione. Autenticazione, crittografia e altre politiche di security, sono in carico del sottolivello Privacy.

Nei sistemi WiMAX, il MAC usa un algoritmo di schedulino con il quale la SS deve avanzare la richiesta iniziale. La Base Station le allocherà un relativo time slot di dimensioni variabili, sempre assegnato a quella SS. Il livello MAC si occupa inoltre della differenziazione delle Quality of Service, del controllo degli errori, e rappresenta la convergenza tra reti asincrone e reti orientate ai pacchetti.

Tra il livello fisico ed il MAC è presente il sottolivello di convergenza di trasmissione (TC), che si occupa di trasformare i dati MAC di lunghezza variabile in unità a lunghezza fissa previsti per il livello fisico. Anche il livello fisico è diviso in tre diversi strati: il livello CS che caratterizza il livello fisico in accordo con il tipo d'informazione trasportato, il Physical Medium Dependent (PMD), che si occupa di alcune caratteristiche quali la velocità di trasmissione, la codifica del segnale, la frequenza di funzionamento della tecnologia.

Per quel che concerne la velocità di trasmissione WiMAX lavora in un range compreso tra i 10 e i 32 M baud, incrementabili a step di 100Kbaud. WiMAX supporta due diverse tecniche di modulazione: OFDM con TMA e OFDMA con TDMA, in modo da supportare canali superiori ai 10Mhz.