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.