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.
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