Lo standard IEEE 802.16, chiamato anche WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) descrive reti wireless a banda larga su area estesa.

Il servizio WiMax è contrapposto alle reti dei cellulari a banda ridotta (1 Mbps) e su area limitata (distanze dalla stazione base in Km). A banda larga indica servizi con ampiezza di banda superiore a quella del servizio telefonico standard.

Questo tipo di rete è nato per offrire trasmissioni fisse wireless: interconnessione tra due LAN remote (MAN wireless) o servizi di accesso a Internet o di telefonia digitale basati su collegamenti locali wireless (WLL – Wireless Local Loop).

Per il servizio di accesso a Internet un’antenna installata a casa dell’utente comunica con un’antenna collegata alla rete telefonica che fornisce il collegamento al provider.

Lo standard 802.16 non è un concorrente di 802.11 ma ne rappresenta il complemento.

Lo standard 802.11 è pensato per le comunicazioni tra utenti mobili, mentre lo standard 802.16 fornisce un servizio wireless agli edifici, quindi molte delle caratteristiche dei due standard sono diverse.

Nelle reti 802.16 i ricevitori sono fissi, non mobili da cella a cella, quindi non serve considerare i problemi relativi alla mobilità.

Il ricevitore di un edificio può essere usato da più stazioni di proprietari diversi quindi si possono fare più investimenti e usare radioricevitori migliori; mentre 802.11 usa solo la comunicazione half duplex per tenere bassi i prezzi dei radioricevitori, 802.16 usa la comunicazione full duplex.

802.16 raggiunge distanze maggiori e aumenta la larghezza di banda; si possono raggiungere distanze di diversi chilometri con velocità fino a 150 Mbps.

Per supportare traffico in tempo reale per la telefonia e le applicazioni multimediali, 802.16 deve garantire la qualità del servizio.

Inoltre, visto che la tecnologia è di tipo broadcast in un’area vasta e aperta, sono indispensabili tecniche di protezione e riservatezza.

Il livello fisico è diviso in un sottostrato dipendente dal mezzo fisico che può usare diversi schemi di modulazione (QPSK, QAM-16, QAM-64) e in un sottostrato di convergenza della trasmissione che nasconde le differenze tecnologiche al livello di data link.

802.16 opera tra i 10 e i 66 GHz, l’unica area dello spettro in cui c’è ancora spazio inutilizzato.

Queste onde millimetriche però vengono assorbite facilmente dalla pioggia (e anche dalla nebbia); per la correzione degli errori, che sono molto frequenti, viene usato il codice di Hamming.

Un’altra caratteristica delle onde millimetriche è che sono raggi direzionali; la stazione base ha più antenne, ognuna verso un diverso settore relativamente indipendente, con i suoi utenti.

Le distanze raggiungibili sono molto grandi, ma l’intensità del segnale diminuisce bruscamente con la distanza; questa variazione influenza il rapporto segnale/rumore e quindi impone la necessità di supportare più schemi di modulazione.

Vengono usati tre schemi di modulazione che tengono conto della distanza dell’utente dalla base:

• per gli utenti più vicini viene usato QAM-64, con 6 bit per baud che permette di raggiungere velocità di 150 Mbps;

• per gli utenti a distanza media viene usato QAM-16 con 4 bit per baud e velocità di 100 Mbps;

• per gli utenti più lontani viene usato QPSK con 2 bit per baud e velocità di 50 Mbps.

In pratica più l’abbonato è lontano, minore è la velocità raggiungibile.

L’assegnazione della banda per il traffico trasmesso e ricevuto avviene in modo asimmetrico flessibile usando due schemi: FDD (Frequency Division Duplexing) o TDD (Time Division Duplexing).

Con TDD la stazione trasmette dei frame che contengono slot temporali; i primi slot servono per il traffico in ricezione, poi, dopo un periodo di guardia per cambiare direzione, seguono gli slot dedicati al traffico in uscita; il numero degli slot nelle due direzioni può essere cambiato dinamicamente per adattare al traffico la banda in ciascuna direzione.

Sono previsti due nuovi standard: 802.16a che usa OFDM e frequenze tra 2 e 11 GHz e 802.16b nella banda dei 5 GHz (come 802.11).

Il livello di datalink è suddiviso in tre sottostrati (partendo dal basso):

• sottostrato di protezione,

• parte comune sottostrato MAC,

• sottostrato di convergenza specifico del servizio.

Il sottostrato di protezione si occupa della riservatezza e della protezione: cifratura, decifratura e gestione delle chiavi; viene cifrato solo il carico utile del frame e non l’intestazione (si può scoprire chi sta parlando e con chi, ma non cosa si dicono gli interlocutori).

Quando la stazione si collega a una stazione base, le stazioni si autenticano reciprocamente con crittografia basata su chiave pubblica RSA e certificati X.509; i dati vengono codificati con DES CBC o triplo DES con due chiavi (è prevista anche l’aggiunta di AES); il controllo di integrità avviene con SHA-1.

La parte comune sottostrato MAC si occupa della gestione del canale.

I frame occupano un multiplo di slot dello strato fisico.

Ogni frame è composto da sottoframe di cui i primi due sono le mappe di ricezione e trasmissione che indicano cosa c’è in ogni slot e quali slot sono liberi.

Per il canale di ricezione (dalla base all’abbonato) la stazione base decide semplicemente cosa mettere in ogni sottoframe.

Per il canale di trasmissione (dall’abbonato alla base) la gestione è più complessa perché gli abbonati competono per accedere al canale.

L’assegnazione del canale di trasmissione è legato alla qualità del servizio.

Per garantire la qualità del servizio tutti i servizi sono orientati alla connessione.

Sono definite quattro classi di servizio:

• servizio a bit rate costante (per voce non compressa); il servizio, che richiede di inviare quantità predeterminate di dati a intervalli predeterminati, viene fornito dedicando alcuni slot a ogni connessione;

• servizio a bit rate variabile in tempo reale (per dati multimediali compressi e applicazioni in tempo reale dove la banda varia); la stazione base interroga l’abbonato a intervalli fissi per sapere quanta banda gli serve;

• servizio a bit rate variabile non in tempo reale (per trasmissioni pesanti come trasferimento di file); la stazione base interroga l’abbonato spesso, ma non a intervalli rigidi;

• servizio best effort; non vengono eseguite interrogazioni e l’abbonato concorre per la banda; le richieste per la banda vengono fatte in slot contrassegnati come disponibili per la contesa nella mappa di trasmissione; se una richiesta ha successo viene segnalata nella successiva mappa di ricezione, altrimenti la richiesta deve essere ripetuta (per la gestione delle collisioni viene usato l’algoritmo di backoff esponenziale binario).

Il sottostrato di convergenza specifico del servizio, che sostituisce il livello LLC, si interfaccia con il livello di rete.

802.16 è progettato per integrarsi sia con protocolli connessi come ATM, che non connessi come IP. È semplice mappare ogni connessione ATM su una connessione 802.16, ma questo sottostrato si occupa anche di decidere a quale connessione 802.16 associare ogni pacchetto IP in arrivo.