WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - IEEE 802.16 Camadas Física e MAC Pedro Miguel Esposito Rafael Barbosa Zuquim Antas Trabalho de Redes de Computadores I - EEL 878 Professor Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte Introdução Worldwide Interoperability for Microwave Access Interface sem-fio para WMAN Introdução WiMax Forum Certifica conformidade com IEEE 802.16 Promove interoperabilidade Promove a tecnologia Introdução Histórico IEEE 802.16 1999 – Criação do BWA Working Group 2001 – Primeira versão e três emendas 2001 – Formado WiMax Fórum 2003 – IEEE802.16REVd 2004 – Conclusão do projeto 200? – IEEE 802.16e Camada Física Padrões SC e SCa (Single Carrier) OFDM e OFDMA (Orthogonal frequency-division multiplexing) Modulações BPSK e Spread BPSK (Binary Phase-Shift Keying) • constelação de 2 símbolos QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) e QPSK com mapeamento de Gray • constelação de 4 símbolos 16/64/256-QAM (State Quadrature Amplitude Modulation) Camada Física Blocos FEC (Forward Error Correction) de tamanho fixo Slots físicos 4 símbolos QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Camada Física SC (Single Carrier) Portadora única 10 Ghz a 66 Ghz Comunicação em linha de visada Antenas direcionais QPSK, 16-QAM (opcional no uplink) e 64QAM (opcional) • Robustez e eficiência Camada Física SC (Single Carrier) Divisão entre sub-quadros de downlink e uplink • FDD( Frequency Division Duplexing ) • Frequências diferentes Camada Física SC (Single Carrier) • TDD (Time Division Duplexing) • Momentos diferentes • Possibilidade de divisão desigual Camada Física SC (Single Carrier) Sub-quadro de downlink TDD • • • • Preâmbulo para sincronização e uniformização Seção de controle com DL-MAP e UL-MAP Seções TDM divididas por modulação Intervalo TTG (transmit/receive transition gap) Camada Física SC (Single Carrier) Sub-quadro de downlink FDD • Mesmo princípio do TDD • Seção TDMA (Time-Division Multiple Access) • Decodificação de regiões específicas • Transmissão antes de receber o sub-quadro completo Camada Física SC (Single Carrier) Subquadro de uplink • Transmissão TDMA • Número variável de PDUs • Espaço reservado para primeiro acesso e requisitos de banda • SSTGs e TTG Camada Física SC (Single Carrier) TC (transmission convergence) • Presente nos sub-quadros de downlink e uplink • Transformar PDUs da MAC em blocos FEC Camada Física SCa (Single Carrier a) Portadora única Similar ao SC Freqüências abaixo de 11 GHz Transmissão sem linha de visada FDD ou TDD Downlink TDM ou TDMA Uplink TDM Spread BPSK, BPSK, QPSK, 16-QAM, 64QAM e 256-QAM (opcional) Camada Física OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) Multiplexação por frequências Freqüências abaixo de 11 GHz FTT (Fast Fourier Transform) com 256 portadoras BPSK, QPSK com mapeamento de Gray, 16QAM e 64-QAM (opcional) FDD ou TDD (obrigatório para bandas não licenciadas) Camada Física OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) Sinal no domínio do tempo • Cópia do final do símbolo (Tg) em seu início Camada Física OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) Sinal no domínio das frequências • Sub-portadoras de dados • Sub-portadoras piloto • Sub-portadoras nulas • DC, inativas, bandas guarda Camada Física OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) Multiplexação por frequências Freqüências abaixo de 11 GHz FTT com 2048 e 4096 portadoras Modulações QPSK com mapeamento de Gray, 16-QAM e 64-QAM (opcional) FDD ou TDD (obrigatório para bandas não licenciadas) • Estações cliente podem ser H-FDD Camada Física OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) Domínio do tempo • Semelhante ao OFDM Domínio das freqüências • Divisão em sub-canais MAC MAC PDU MAC PDU MAC Suporte a PHY Subcamada de convergência Otimização RLC (Radio Link Control) Escolha do perfil de tráfego • RNG-REQ e RNG-REP MAC Permissões para requisição de banda GPC (Grant per Connection) GPSS (Grant per Subscriber Station) Autonomia na Instalação Segurança Subcamada de Segurança Privacidade, autenticação e autorização Vulnerabilidades eliminadas no novo padrão Adição do AES Associações de segurança • Mantêm o estado de segurança de uma conexão • Primárias, estáticas ou dinâmicas • SAID (Security Association Identifier ) Segurança PKM (Private Key Management) Sincronização de dados de chaves Certificados X.509 • Fabricante e estação cliente específica Criptografia RSA Segurança PKM (Private Key Management) Primeira mensagem (cliente para base) • Envio do certificado do fabricante Segunda mensagem (cliente para base) • Envio do certificado da estação cliente • SAID primário • Algoritmos de criptografia suportados Terceira mensagem (base para cliente) • Cria uma associação de segurança • Chave de autorização encriptada Segurança PKM (Private Key Management) Ataques de estações base piratas • A estação base não é autenticada • Resposta construída com informações públicas Segurança TEKs (Traffic Encryption Keys) Chaves de encriptação de tráfego Duas ativas a cada momento para cada SAID • Mais antiga expira na metade da vida da mais recente Criptografia de dados • DES (Data Encryption Standard) em modo CBC (Cipher-Block Chaining) • AES (Advanced Encryption Standard) em modo CCM (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code ) Conclusão WiMax é realidade fora do Brasil Extraído de http://www.towerstream.com/ Conclusão WiMax é realidade no Brasil Extraído de http://www.rnp.br/ Perguntas 1 - Por que não se pode dizer que os padrões IEEE 802.11 e IEEE 802.16 são concorrentes diretos? 2 - Qual a diferença fundamental dos padrões OFDM e OFDMA? 3 - Qual a função da mensagem DL-MAP? 4 - Na MAC a verificação de erros com o uso do campo CRC é opcional. Por que, mesmo optando por não usá-la, a comunicação pelo IEEE 802.16 ainda é confiável? 5 - Por que cada associação de segurança possui sempre 2 chaves TEK em um mesmo instante de tempo? WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - IEEE 802.16 Camadas Física e MAC Pedro Miguel Esposito Rafael Barbosa Zuquim Antas Trabalho de Redes de Computadores I - EEL 878 Professor Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte
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