Administração e Projeto de Redes Material de apoio Redes de Equipamentos Móveis Cap.14a 31/01/2008

Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente. Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : , 2001.

TELEFONIA CELULAR Sistema projetado para estabelecer comunicação entre duas unidades móveis denominadas MS (Mobile Stations – Estações Móveis) ou entre uma MS e outra estação fixa, normalmente chamada de Unidade Terrestre; Cada área servida pelos serviços celulares de uma empresa de telecomunicações (que adquire os direitos de explorar esses serviços) é dividida em pequenas regiões chamadas células; Cada célula é controlada por uma Estação de Rádio Base – ERB, que provê as comunicações via sinais de rádio com as MS que se encontram na célula; Um conjunto de ERB é controlado por uma MSC – Mobile Switching Center – Central de Comutação Móvel; O controle das MS é circunstancial, isto é, ela será subordinada a uma ERB enquanto estiver na célula sob sua supervisão; O tamanho de cada célula é variável de acordo com a densidade populacional, variando de 1 a 20 km de cobertura.

REUTILIZAÇÃO DE FREQÜÊNCIAS Uma célula usa uma certa faixa de freqüências para estabelecer comunicação entre a ERB e cada MS; Faixas adjacentes não podem utilizar a mesma faixa de freqüência pois isso possibilita interferência de sinais; Células distantes (isto é, que tenham pelo menos uma célula entre elas) podem reutilizar a mesma faixa de freqüências. A reutilização de freqüências minimiza a necessidade de faixas de freqüências.

MODO DE FUNCIONAMENTO Cada MS é dotada de dois canais de comunicação: Um canal permanentemente ligado à ERB da área – canal de sinalização; Um canal de comunicações; O canal de sinalização está permanentemente ligado à ERB enquanto a MS estiver ligada; O canal de comunicações só fica ativo quanto há uma comunicação em andamento; Cada MS tem um endereço único (PUC – Personal Unblocking Code – Código Pessoal de Desbloqueio ou PUK Personal Unblocking Key – Chave Pessoal de Desbloqueio) , o que permite identificar, univocamente, cada MS; O PUK é permanentemente enviado à ERB enquanto a MS estiver ligada.

COMUNICAÇÕES MS – ERB - MSC Comunicações dentro de uma célula são providenciadas pela ERB da Célula; Comunicações dentro de uma mesma operadora são providenciadas pela comunicação entre a MSC e as ERB; Comunicações fora da operadora são feitas através da MSC para outras MSC ou para a telefonia fixa; Para haver comunicação entre MSC deve haver um acordo de roaming.

MUDANÇA DE CÉLULA Se um MS estiver se movendo de uma célula para outra, há o procedimento de handoff (passagem de controle). O MSC monitora a intensidade do sinal que diminui na passagem de uma célula para outra; O MSC procura um sinal mais forte e muda o canal de comunicação: Hard Handoff – fecha um canal e abre outro, ocasionando uma breve interrupção na comunicação (não mais usado); Soft Handoff – MSC passa a usar dois canais ao mesmo tempo e depois desconecta o mais fraco, sem ocasionar interrupção na comunicação.

PRIMEIRA GERAÇÃO – 1G Projetada somente para comunicação de voz por transmissão de sinais analógicos; Sistemas usam FDMA ou TDMA; Faixa de freqüência de 800 MHz; Há faixas de comunicação no sentido ERB-MS e outras faixas no sentido ERB-MS; Há vários canais de controle; Cada canal tem uma faixa de sinais analógicos de 30KHz.

SEGUNDA GERAÇÃO – 2G Projetada para comunicação de voz digitalizada com melhor qualidade. Três tipos de sistemas: D-AMPS – Digital-Advanced Mobile Phone System – projetado para ser compatível com o AMPS; usa técnica muito complexa de compressão , PCM e TDM; Cada canal tem 7,95 kbps; GSM – Global System for Mobile Coimmunication - padrão europeu desenvolvido para ser usado em toda a Europa; trabalha na faixa de 900 MHz; usa duas faixas de 25 MZ em comunicação duplex; cada faixa de divide em 124 canais de 200 kHz separadas por bandas de guarda; IS-95 – Interim Standard – Usado no EEUU; usa CDMA (Code Division Multiple Access) e compartilhamento de banda DSSS (Direct Sequence Spread Spect); usa duas faixas de freqüência, divididas em 20 canais de 1,228 MHz; no sentido direto – ERB para MS – usa faixas de 9,6 kbps; no sentido inverso canais de 28,8 kbps, considerando-se os bits de repetição e de correção de erros.

SEGUNDA GERAÇÃO E MEIA – 2,5G Projetada como uma preparação para a 3G, com serviços limitados de dados e imagens, aumentando-se as taxas de transmissão. Três tipos de sistemas: GPRS – General Packet Radio Services (Serviço Geral de Rádio por Pacote): evolução do GSM; permite comutação de voz e dados por comutação de circuitos, o que é ineficiente com tráfego de rajadas; usa faixas de 40 a 60 kbps; EDGE – Enhanced Data Rates for Global Evolution (Melhores Taxas de Dados para Evolução Global): com o principal objetivo de aumentar a capacidade da taxa de dados até 200 kHz; pode prover comunicação aos usuários com taxas de até 384 kbps; CDMA 2000 – Phase I (CDMA 2000 – fase I): EVOLUÇÃO DO IS-95, com taxas de até 144,4 kbps

TERCEIRA GERAÇÃO – 3G Aumento significativo das taxas de transmissão (144 kbps para velocidades em trânsito, 384 kbps para uso estacionário externo e 2 Mbps para ambiente interno) possibilitando os mais diversos serviços, tais como voz, dados, imagens, Internet, televisão de alta definição etc.. A União Internacional de Telecomunicações padronizou: W-CDMA; CDMA 2000; TD-CDMA/TD-SCDMA; UWC (usualmente implementado como EDGE); DECT; Mobile WIMAX.

TIPOS DE MOBILIDADE Se um hospedeiro é movimentado dentro de uma mesma sub-rede (definida por um roteador), dizemos que o equipamento baixa mobilidade; Se um hospedeiro operando em uma sub-rede é desligado e re-ligado em outra sub-rede, dizemos que ele tem uma mobilidade relativa; Se um hospedeiro se movimenta entre sub-redes, mantendo-se ligado, dizemos que ele tem alta mobilidade.

ENDEREÇOS DE EQUIPAMENTOS MÓVEIS O endereço físico de um hospedeiro é imutável e é reconhecido em qualquer Access Points ao qual ele estiver relacionado; Quando há baixa mobilidade, o endereço IP permanece inalterado; Quando há mobilidade relativa, o endereço IP é modificado em cada sub-rede, porém de uma forma estática, usando-se DHCP por exemplo; Quando há alta mobilidade, o endereço IP deve ser ajustado dinâmicamente.

ROTEAMENTO INDIRETO Um Hospedeiro que tem um endereço IP Permanente e está ligado a uma Rede que chamaremos de Rede Nativa, pode ser movido para outra Rede, que chamaremos de Rede Visitada; Na Rede Visitada, onde estará ligado, o Hospedeiro Nativo recebe um IP Provisório, dentro dessa sub-rede; esse endereço é informado à Rede Nativa; Um Hospedeiro Correspondente que queira se comunicar com o Hospedeiro Nativo, envia o IP de destino usando o IP Permanente para a Rede Nativa; A Rede Nativa manda o IP de origem do Hospedeiro Correspondente junto com o IP Permanente do Hospedeiro Nativo para a Rede Visitada; A Rede Visitada informa o IP Provisório do Hospedeiro Nativo ao Hospedeiro Correspondente, estabelecendo a conexão.

ENDEREÇO IP E A ALTA MOBILIDADE REDE NATIVA 128.119.40/24 Endereço Permanente 128.119.40.186 Agente Nativo REDE VISITADA 79.129.13/24 Agente Externo Nó Móvel Correspondente Rede de Longo Alcance 1 2 3 Endereço Provisório 79.129.13.2 4 Roteamento Indireto

CELULAR DE ALTA MOBILIDADE Na figura anterior, se substituirmos a Rede Nativa por MSC Nativo, substituirmos Rede Visitada por MSC Visitado e Hospedeiro Correspondente por MS Correspondente, teremos uma exata reprodução do roteamento indireto de MS quando se movimenta entre várias MSC; Note que devemos observar o soft handoff para garantir uma qualidade das comunicações.

ROTEAMENTO INDIRETO A MSC à qual a MS está contratada chama-se MSC Nativa, definindo uma Rede Nativa; Chama-se MSC visitada, definindo uma Rede Visitada, quando uma MS está sob o raio de ação dessa MSC; Quando uma MS muda da Rede Nativa para uma MSC Visitada, definindo uma Rede Visitada, a MSC Visitada designa um endereço provisório para essa MS; Esse endereço provisório é informado à MSC Nativa, bem como o endereço da Rede Visitada; Ao receber uma chamada de uma MS Correspondente, a MSC Nativa passa o chamado e o endereço da MS correspondente para a MSC Visitada; A MSC visitada faz a conexão entre o Nó Móvel a MS Correspondente