Redes de Banda Larga sem Fios

WiMAX

Introdução

• O “último quilômetro”.• No Brasil, empresas de telefonia, tem

permissão para oferecer serviços locais de voz e Internet de alta velocidade.– Há uma grande demanda por esses serviços.

• Estender cabos de fibra por milhares de quilômetros é dispendioso.

• Uma solução é a rede sem fio de banda larga.

World Wide Interoperability for Microwave Access

• Erguer uma grande antena em uma colina fora da cidade e instalar antenas orientadas nos clientes é mais fácil e econômico.

• Para estimular o mercado, o IEEE formou um grupo para padronizar uma rede metropolitana sem fio de banda larga.– Denominada 802.16 (WiMAX).

Primeiro padrão

• O primeiro padrão foi aprovado em dezembro de 2001.– Um circuito terminal sem fios entre pontos fixos.– Uma linha de visão entre um ponto e outro.

• Esse projeto logo mudou para tornar o WIMAX uma alternativa mais competitiva ao cabo e ao DSL para acesso à Internet.

Segundo padrão

• Em janeiro de 2003, o WiMAX foi revisado para dar suporte a enlaces fora da linha de visão.– Tecnologia OFDM (Orthogonal frequency-division

multiplexing).• Técnica de modulação baseada na ideia de multiplexação

por divisão de frequência (FDM).– Frequências entre 2 e 10 GHz.

• Essa mudança tornou a implantação mais fácil, apesar das estações ainda estarem em locais fixos.

Terceiro padrão

• O aumento das redes de celular 3G impôs uma ameaça:– Altas taxas de dados.– Mobilidade.

• Em resposta, o 802.16 foi alterado novamente:– Mobilidade em velocidades veiculares (dezembro

2005).• O acesso à Internet móvel de banda larga é o

alvo do padrão atual – IEEE 802.16, 2009.

Comparação entre 802.16, 802.11 e 3G

• Por que elaborar um novo padrão? Por que simplesmente não utilizar o 802.11 ou o 3G?

• O WiMAX combina aspectos de ambos sendo mais semelhante à tecnologia 4G.– Projetado para transportar pacotes IP pelo ar e conectar-se a uma

rede com fios baseada em IP.– Os pacotes podem transportar tráfego peer-to-peer, chamadas de

VoIP ou streaming de mídia.– Como o 802.11, o WiMAX também é baseado na tecnologia OFDM

para garantir bom desempenho apesar da degradação do sinal em ambientes sem fio.

– Tecnologia MIMO para alcançar altos níveis de throughput.

Comparação entre 802.16, 802.11 e 3G

• O principal problema é conseguir alta capacidade pelo uso eficiente do espectro.

• As distâncias físicas são dez vezes maiores do que o 802.11.– Estações base mais poderosas do que os APs.– Potencia maior e antenas melhores.• Lidam melhor com sinais mais fracos por distâncias

maiores.– Realiza mais processamento para lidar com erros.

Comparação entre 802.16, 802.11 e 3G

• Para maximizar o throughput, as transmissões são cuidadosamente programadas pela estação base para cada assinante.

• O uso do espectro não fica ao acaso como no CSMA/CA.– Por outro lado, pode desperdiçar a capacidade devido as colisões.

• O espectro é licenciado (2,5 GHz). Abaixo de 11 GHz.• O sistema é mais otimizado do que o 802.11. Essa

complexidade compensa devido ao alto custo do licenciamento.– Serviço gerenciado e confiável, com bom suporte para a

qualidade de serviço.

Comparação entre 802.16, 802.11 e 3G

• Com todos esses recursos, o WiMAX é mais parecido com as redes de celular 4G, que agora estão sendo padronizadas como LTE (Long Term Evolution).

• Embora as redes de celular 3G sejam baseadas em CDMA, as 4G serão baseadas em OFDM.

• Parece que WiMAX e 4G estão em curso de colisão em termos de tecnologia e aplicação.

Arquitetura• As estações base se conectam diretamente à rede de backbone do

provedor.• As estações base se comunicam com as estações pelo ar, sem fios.• Existem dois tipos de estações:

– Moveis.– Fixas.

Pilha de protocolos• A estrutura geral é semelhante a de outras redes.

Camada Física• Lida com a transmissão.• Observe que há uma camada para cada opção.

– Fixa.– Móvel.

• A maioria das implementações do WiMAX utiliza o espectro licenciado em torno de 3,5 GHz ou 2,5 GHz.

• Assim como o 3G, encontrar o espectro disponível é um problema fundamental.

• Para resolver sito, canais de diferentes tamanhos são aceitos:– 3,5 MHz para estações fixas.– De 1,25 MHz a 20 MHz para o WiMAX móvel.

Camada Física (2)• As transmissões são enviadas por esses canais com OFDM

(Orthogonal Frequency Division Multiplexing).– A largura de banda é dividida em muitas subportadoras que enviam

dados independentemente (ao mesmo tempo).• No 802.11 todas as subportadoras seriam utilizadas para enviar em um

determinado momento.

• A duração do sinal é maior para tolerar melhor as degradações do sinal sem fio.– Parâmetros WiMAX são 20 vezes superiores aos parâmetros 802.11.

• 512 subportadoras para um canal de 5 MHz.• O tempo para enviar um símbolo em cada subportadora é de aproximadamente

100 microsegundos.• Uma subportadora pode ser atenuada em uma estação mas estar nítida em

outra.

Velocidades

• Por canal de 5 MHz e par de antenas:– 12,6 Mbps de tráfego downlink.– 6,2 Mbps de tráfego uplink.

Camada de Enlace

• Possui três subcamadas:– Subcamada de privacidade e segurança.

• Criptografia, descriptografia e gerenciamento de chaves.– Subcamada MAC.

• Protocolos de gerenciamento de canais downlink e uplink.• Orientada a conexões.

– Subcamada de convergência de serviços específicos.• Define a interface para a camada de rede.• Diferentes camadas de convergência são definidas para

integrar, de modo transparente as diferentes camadas superiores.

Subcamada de privacidade e segurança

• RSA.• Certificados X.509.• Carga útil criptografada com um esquema de

chave simétrica, AES ou DES.• Verificação de integridade com o SHA-1.

Subcamada MAC

• Nesta camada estão os principais protocolos.– Gerenciamento de canais.– A estação base controla o sistema.• Programa os canais downlink e uplink.

– Eficiente.

• Recurso incomum.– Orientado à conexão.