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.