WiMAX
Lucas Augusto Scotta Merlo
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Agenda
1) Conceito de Wimax.
2) Oportunidades de Negócio.
1) Suporte a 3G e 4G.
2) TV Digital.
3) Outros segmentos.
3) Arquitetura do Wimax.
1) Overview da Arquitetura da camada MAC.
2) Visão Geral do Wimax.
4) Caso de uso.
5) Comparação.
6) Desafios.
Redes sem Fio e Serviços
1. O que é Wimax?
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Worldwide Interoperability for Microwave Access.
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
“WiMAX é a coisa mais importante desde o advento da
própria Internet”, Intel.
Baseada em padrão global, o IEEE 802.16.
Visa solucionar o problema da última milha.
Diminui o investimento em infra-estrutura de alto
custo, comparada com a telefonia.
Modulação dinâmica adaptativa (QPSK e QAM), baseada
na qualidade do link.
Topologia: Point-to-Multipoint (PMP) e Mesh.
1. O que é Wimax? (cont.)
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
Espectro: de 2 a 11 Ghz ou de 10 – 66 GHz.
Opera similar ao Wi-Fi, porém com uma
velocidade maior de transmissão, sobre uma
distância maior e para um número maior de
usuários.
70 Mbps contra 54 Mbps do Wi-Fi.
A grande diferença está no alcance:

Aproximadamente 300m Wi-Fi X 50 Km WiMAX
1.1 O padrão IEEE 802.16


Define a comunicação sem fio entre a BS e uma ou mais SSs
servindo a usuários domésticos ou comerciais.
Alternativa às tecnologias tradicionais como DSL e cabo:
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
Viabilidade técnica.
Custo de implantação.
PMP ou Mesh.
TDD ou FDD.
1ª versão: 2001
1.2 O padrão IEEE 802.16e Wimax Móvel

O Wimax Móvel está sendo desenvolvido para ser uma
solução de banda larga para a convergência das redes
fixas e móveis, oferecendo:





Altas taxas de transmissão;
Escalabilidade;
Qualidade de Serviço;
Segurança;
Mobilidade.
1.2 O padrão IEEE 802.16e Wimax Móvel

Tem como principais características técnicas:




Uso OFDMA;
MIMO (Multiple Input Multiple Output);
Tamanho de canal escalável;
Escalonamento seletivo de freqüência;
2. Oportunidades de Negócio.

Novas demandas, novos serviços.




Acessar informações e serviços a qualquer momento e
qualquer lugar.
Aumento na demanda de Internet banda larga.
Queda no custo das tecnologias wireless.
Potencial do padrão IEEE 802.16:

Especifica o que fazer;

Deixa em aberto como fazer;
2.1 Suporte a 3G e 4G

3G – voz + dados de até 2 Mpbs



Média de 144 Kbps a 384 Kbps em movimento.
2 Ghz – freqüência saturada.
Prevê uma convergência das comunicações:



Múltiplas Células.
O sistema 3G são dotados de núcleo IP desenvolvido para
transportar informações do tipo multimídia em altas
velocidades e ainda prover QoS.


Múltiplos Serviços.
QoS: problema: taxas variadas com a grande variedade de tipos
de serviços com requisitos diferentes.
3,5G. O HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) é uma
tecnologia 3,5G que permite taxas entre 8 e 10 Mbps por
terminal de usuário.
2.1 Suporte a 3G e 4G (cont.)

4G – voz + Rede Móvel Multimídia;





Anytime, anywhere, anyone;
Provê suporte a uma plataforma multimídia com alta taxa
(  100Mbps).
Suporte a mobilidade global.
Soluções integradas com wireless.
WiMAX: um dos pilares da 4G;





Suporte a QoS e mobilidade são fundamentais em redes móveis
multimídia;
Maior área de cobertura;
Imunidade a Interferência com o OFDM;
Conectividade com o IP;
Interoperabilidade com outras tecnologias, através do IP;
2.2 DTV






High Definition.
Multiprogramação.
Dados.
Interação com o usuário.
Middleware Ginga.
Como prover largura de banda, interação e QoS?
2.2 DTV (cont.)

SBTVD – Sistema Brasileiro de Televisão Digital
2.3 Outros Segmentos
Mobilidade Corporativa

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
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

“É quando uma empresa implanta uma estrutura WiMAX somente para ela, para poder
fornecer acesso aos seus funcionários dentro da área de cobertura da antena“.
Campus Networking;
Building to Building Connection;
Backhaul de Wi-Fi e VoiP; ???
Surveillance; ???
Backhaul de Mesh Technology; ???
Soluções de Atendimento Móveis;
Governo em geral (p. ex., Inclusão Digital);
Prefeituras e Comunidades: Cidades Digitais e Hotzones;
Serviços Especiais (p. ex., soluções de Wireless POS para o segmento financeiro);
Futuro com WiMAX Móvel: várias soluções explorando a mobilidade.
 Aplicações Multimídia

Voz, Dados, MMS. Internet móvel pelas operadoras de telefonia movél.
2.3 Mobilidade nos Processos Críticos das Corporações (cont.)
2.3 EMBRATEL lança seu serviço de WiMAX !!!(cont.)
A EMBRATEL anunciou sua rede WiMAX no início de Abril de
2008 para atender 12 capitais. As primeiras a terem a oferta dos
novos serviços são Brasília, São Paulo, Rio de janeiro, Belém,
Belo Horizonte, Curitiba, Fortaleza, Goiânia, Porto Alegre, Recife,
Salvador e São Luis;

O projeto prevê que, até o fim de 2008, a rede WiMAX chegue
a 61 cidades no Brasil;

Apenas nessa primeira etapa, a empresa investiu R$ 175
milhões em infra-estrutura.

Escolha tecnológica: WiMAX Móvel (802.16e) com produtos
Alvarion (ERB) e Motorola (CPE);

A EMBRATEL vai oferecer 03 pacotes para as pequenas e
médias empresas: (1) com duas linhas telefônicas e velocidade
de conexão de 512 kbps, a R$ 129 por mês; (2) com quatro
linhas e velocidade de 1 Mbps, a R$ 189 por mês; e (3) com
quatro linhas e 2 Mbps de velocidade, a R$ 199 por mês.

3. Arquitetura do Wimax



Camada física (PHY).
Camada de acesso ao meio (MAC).
A subcamada MAC encontra-se dividida em três
subcamadas:



subcamada de Convergência de Serviços (CS),
subcamada de Parte Comum (CPS)
subcamada de Privacidade (PS).
3.1 Camadas


Física: São especificados o espectro de freqüência, o
esquema de modulação, as técnicas de correção de
erros, a sincronização entre transmissor e receptor, a
taxa de dados e a estrutura de multiplexação.
MAC: São especificadas as funções associadas aos
serviços oferecidos aos usuários, que incluem a
transmissão de dados em quadros e o controle do
acesso ao meio sem fio compartilhado.
3.2 Camada MAC



A camada MAC é orientada a conexão.
Define como e quando a estação base ou os
assinantes podem iniciar a transmissão no canal.
A subcamada de Convergência de Serviços (CS) é
responsável por mapear os dados provenientes da
camada mais alta em fluxos de serviço e conexões na
camada MAC.

Subcamadas específicas de serviço: convergência ATM
e convergência de pacotes.
3.2 Camada MAC (cont).

A subcamada de Parte Comum fornece funções de
acesso ao sistema, de alocação de largura de banda,
e de estabelecimento, manutenção e término da
conexão.

Nessa subcamada estão presentes mecanismos para
requisitar largura de banda, associar parâmetros de QoS e
de tráfego, e encaminhar os dados para a subcamada de
convergência apropriada.
3.2 Camada MAC (cont).

A subcamada de Segurança é a responsável por
garantir a privacidade dos dados através de
criptografia, autenticidade dos dispositivos e
gerenciamentos de chaves de tráfego.
3.2 Camadas MAC (cont.).
3.2 Camada MAC (cont).

O MAC PDU é a unidade de dados responsável pela
troca de informações entre as camadas MAC da
estação base e da estação cliente.
3.3 Visão Geral
3.3 Visão Geral (cont.)
802.16
802.16a / d
802.16e
Espectro
10 - 66 GHz
2 - 11 GHz
2 - 6 GHz
Tipos
FIXO
NOMÁDICO
MÓVEL
Condições de
Canais
LOS
NLOS
NLOS
Taxa de
Transmissão
32 - 134 Mbps em
canalização de 28 M Hz
Até 75 Mbps em
canalização de 20 M Hz
Até 15 Mbps em
canalização de 5 Mhz
Modulação
QPSK, 16 QAM e 64
QAM
OFDM 256 subportadoras QPSK, 16
QAM, 64 QAM
Mesma m odulacão do
802.16a
Larguras de Banda
dos Canais
20, 25 e 28 MHZ
Entre 1,5 e 20 MHz
Mesma largura do
802.16a com sub-canais
UL
Raio Típico da
Célula
N/D
De 13km a 16km,
dependendo da banda
de frequência utilizada
(5.8Ghz - 3.5Ghz)
De 6,5km a 8km,
dependendo da banda
de frequência utilizada
(5.8Ghz - 3.5Ghz)
Legenda:

LOS – Linha de Visada

NLOS – Sem Linha de Visada

OFDM – Modulação por Divisão de Freqüência Ortogonal

QPSK – Modulação por Mudança de Fase

QAM – Modulação por Quadratura de Amplitude
4. WiMAX & WiFi combined usage to extend coverage
WiMAX
Base Station
WiMAX
indoor coverage
WiMAX SS
with WiFi
WiMAX
outdoor coverage
WiMAX SS
with WiFi
Dedicated WiMAX SS
WiFi for extending coverage
5. Comparação: Peak Bit Rates Comparison
HSDPA
5Mhz
CDMA2000 1x
1xEV-DO
1.25 MHz
1xEV-DV
IEEE 802.16d
-20 MHz
Flarion
1.25 MHz
Standards
compliant
WCDMA
Peak
Bit-rate
UL
200KHz
Peak
bit-rate
DL
EDGE
FDD/TDD
Channel
Bandwidth
GSM/GPRS
FDD
160 kbps
160 kbps
3GPP
FDD
480 kbps
480 kbps
3GPP
FDD/TDD
2 Mbps
2 Mbps
3GPP
FDD
14.4 Mbps
7.68 Mbps
3GPP
FDD
640 kbps
450 kbps
3GPP2
FDD
3.1 Mbps
1.8 Mbps
3GPP2
FDD
3.1 Mbps
1.8 Mbps
3GPP2
- 75 Mbps
- 75 Mbps
IEEE
FDD/TDD
FDD
3.2 Mbps
900 kbps
_
6. Desafios:

Transmissão da DTV sobre WiMAX?



Garantia de QoS em serviços interativos.
Segurança em Sistemas Embarcados:
Middleware.
Rede Celular e WiMAX:


Negociações de QoS, handoff, segurança e
mobilidade;
Convergência com outras tecnologias.
6. Desafios (cont.)

Segurança:



Autenticação: Certificados X.509
Criptografia: DES em CBC (Cipher Block Chaining) e a AES
Problemas:




SS não autentica BS. Necessidade de autenticação mútua.

SS não sabe se BS é falso ou não.
Quebra da chave DES CBC (64 bits)

Tempo de vida da TEK padrão = 12 horas.

A 6.36Mbps/s atinge-se um tempo de 12 horas.

Tempo de vida da chave vs. Taxa de transmissão.
Falta de definições explicitas pelo padrão.

Métodos de geração de chaves (AK e TEK).
Protocolo vulnerável a ataques de replay.
6. Desafios (cont.)

Novos Serviços sobre Redes Mesh:



Telefonia IP.
Transmissão de Vídeo.
Necessita de QoS para garantir qualidade na
transmissão de pacotes de voz e vídeo.
Referências






WiMAX Fórum.
Intel.
Mini-curso Redes WiMAX: Arquitetura, Protocolos,Segurança e
QoS no 26º Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e
Sistemas Distribuídos. RJ, maio de 2008.
www.gta.ufrj.br/grad/06_1/wimax/ - WiMAX, IEEE 802.16 Camadas Física e MAC – UFRJ. Acesso junho de 2008.
Grupo de discussões de DTV na UFRJ e UNICAMP.
Grupo de Pesquisa Wimax – PPGEE – UFES.
Obrigado!
Evolução da Telefonia Móvel
OFDM: 1ª Contribuição do WiMAX
Orthogonal Frequency-Division Multiplexing
(OFDM) is based upon the idea of frequencydivision multiplexing (FDM), sending multiple
signals at different frequencies;

An OFDM baseband signal is the sum of a
number of orthogonal sub-carriers.

OFDM spaces multiple carriers very close
together (until they actually overlap).

By finding frequencies that are orthogonal,
or perpendicular in a mathematical sense,
they can overlap without interfering with each
other.

By removing guard bands, more space is
available for data. It is also able to overcome
multipath and frequency-selective fading due
to its parallel nature.

MIMO: 2ª Contribuição do WiMAX
MIMO (multiple-input, multiple-output), is
an advanced antenna technology that can
carry 4 to 5 times more data traffic than
today’s most advanced UMTS-HSDPA-ready
(3G) networks;

A network design incorporating MIMO
technology provides the scalability needed to
quickly deliver multimedia content to the
mass market. With MIMO, for example, a ½
megabit picture can be downloaded in a half
second or a 30-megabit video in half a
minute;

MIMO works by creating multiple parallel
data streams between the multiple transmit
and receive antennas;

Using the multi-path phenomenon, it can
differentiate the separate signal paths from
each MIMO antenna.

4G: Mobile Evolution
Rede de WiMAX
1.1 O padrão IEEE 802.16

Define diversas mensagens de controle:



Requisição de banda.
Alocação do quadro TDD.
Construção e transmissão de PDUs MAC:



Concatenação: PDUs em rajada.
Fragmentação: divisão das SDUs entre PDUs.
Empacotamento: várias SDUs ou fragmentos em uma
única PDU.