IEEE 802.16

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IEEE 802.16 WiMAX

• Guilherme Caldeira De Lello
• UFRJ/POLI/DEL
• Junho de 2005

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Índice

• Introdução
• A pilha de protocolos
• A camada física
• A camada de enlace de dados
• Conclusão
• Bibliografia

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I. Introdução

• O WiMAX é uma implementação do padrão IEEE 802.16
• 802.16 padrão para Redes Metropolitanas Sem Fio
  de Banda Larga (Broadband Wireless MAN)
• WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave
  Access

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Padrões para Redes Sem Fio
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MAN Sem Fio

• Comunicação ponto a multiponto
• Conexão para última milha

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Acesso de Banda Larga em Prédios

• Conexão fixa
• Última milha
• Instalação de cabo/fibra ótica para cada usuário
  é caro
• Demanda doméstica e comercial por serviços
• Dados
• Voz
• Vídeo
• Videoconferência

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Tecnologias de Banda Larga

• DSL
• Limitação de distância
• Cabo
• Alto custo de instalação
• BWA (Broadband Wireless Access)
• Facilidade e rapidez de instalação
• Baixo custo de manutenção
• Melhor alternativa para regiões sem
  infra-estrutura de banda larga com fio

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Evolução do IEEE 802.16

• 8/04/2002 Air Interface for Fixed Broadband
  Wireless Systems
• 1/04/2003 IEEE 802.16a
• Medium Access Control Modifications and
  Additional Physical Layer Specifications for 2-11
  GHz
• 15/01/2003 IEEE 802.16c
• Detailed System Profiles for 10-66 GHz
• 10/09/2001 IEEE 802.16.2
• Coexistence of Fixed Broadband Wireless Access
  Systems

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Estágio Atual do IEEE 802.16

• 1/10/2004 IEEE 802.16-2004
• 17/03/2004 IEEE 802.16.2-2004
• Padrões em desenvolvimento
• IEEE 802.16e
• Physical and Medium Access Control Layers for
  Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed
  Bands
• IEEE 802.16f
• Management Information Base

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WiMAX Forum

• Organização sem fins lucrativos
• Objetivos
• Promover o acesso à banda larga sem fio
• Consolidar o 802.16
• Garantir compatibilidade e interoperabilidade
  entre equipamentos
• Equivalente ao Wi-Fi Alliance para o 802.11

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Conseqüências da Padronização

• Aumento da produção de componentes
• Diminuição do custo de produção de equipamentos
• Aumento da competitividade em acesso à banda
  larga
• Acessos à banda larga mais velozes e baratos para
  os usuários finais

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Membros do WiMAX Forum

• Intel
• Analog Devices
• Ericsson
• Motorola
• Nokia
• Samsung
• Fujitsu

• ATT
• British Telecom
• Deutsche Telekom
• France Telecom
• Microsoft
• Gradiente
• entre outras

Total mais de 220 membros
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WiMAX Vs. WiFi

• Por que é necessário um novo padrão?
• Mobilidade
• Alcance
• Número de usuários
• Taxa de dados
• Qualidade de serviço
• Segurança

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II. A Pilha de Protocolos
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Camada Física

• Trasmissão de bits
• Modulação
• QAM-64
• QAM-16
• QPSK
• Subcamada de convergência de transmissão
• Independência em relação às tecnologias da camada
  de enlace

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Camada de Enlace de Dados

• Subcamada de segurança
• Autenticação
• Criptografia
• Parte comum da subcamada MAC
• Principais protocolos
• Subcamada de convergência de serviços específicos
• Interface para a camada de rede

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III. A Camada Física

• Espectro Eletromagnético

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Freqüências de Operação

• 10 66 GHz
• IEEE 802.16
• Linha de visada (line-of-sight)
• Feixes direcionais
• Bandas licenciadas
• 2 11 GHz
• IEEE 802.16a
• Sem linha de visada
• Bandas licenciadas e não licenciadas

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Esquemas de Modulação

• Distância
• Potência
• Relação sinal/ruído
• Taxa de dados

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10 66 GHz

• Modulação
• Portadora única (single carrier)
• Multiplexação
• TDM
• TDMA
• Duplexação
• TDD (time division duplexing)
• Apenas half-duplex
• FDD (frequency division duplexing)
• Half-duplex ou full-duplex

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2 11 GHz

• Sem linha de visada
• Propagação por múltiplos caminhos
• Multiplexação
• Portadora única (single carrier)
• OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)
• OFDMA (orthogonal frequency division multiple
  access).

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TDD

• Slots alocados dinamicamente
• Maior eficiência de utilização do meio

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Correção de Erros

• Muitos erros de transmissão são esperados
• Correção de erros na camada física
• FEC (forward error correction)
• Reed-Solomon

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IV. A Camada de Enlace de Dados

• Subcamada de segurança
• Parte comum da subcamada MAC
• Subcamada de convergência de serviços específicos

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Subcamada de Segurança

• Autenticação
• Certificados X.509
• Assinados com criptografia RSA de chave pública
• Apenas os assinantes são autenticados
• Criptografia
• Apenas a carga útil é criptografada
• DES (data encryption standard)

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Parte Comum da Subcamada MAC

• Ponto a multiponto
• Orientada a conexão
• Independente do protocolo (ATM, IP, Ethernet,
  etc.)
• Nível de qualidade de serviço flexível

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Quadros MAC

• Canal downstream
• Gerenciado pela estação base
• Canal upstream
• Disputado pelos assinantes
• QoS
• Serviço de taxa de bits constante
• Serviço de taxa de bits variável de tempo real
• Serviço de taxa de bits variável de tempo
  não-real
• Serviço de melhor esforço

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Estrutura de Quadro

• Quadro genérico
• Quadro de solicitação de largura de banda

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Subcamada de Convergência de Serviços Específicos

• Subcamada de convergência ATM
• Subcamada de convergência de pacotes
• Ipv4
• Ipv6
• Ethernet
• VLANs

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V. Conclusão

• Características que atendem atual demanda
• Interoperabilidade
• Flexibilidade
• Custo
• Grandes empresas se esforçam pela consolidação do
  padrão
• Dificuldade em obter bandas licenciadas
  mundialmente
• Complexidade herdada do modelo OSI

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VI. Bibliografia

• Andrew S. Tanenbaum, Redes de Computadores, 4ª
  edição, Elsevier, Rio de Janeiro, 2003
• Eklund, Carl et al., IEEE Standard 802.16 A
  Technical Overview of the WirelessMAN Air
  Interface for Broadband Wireless Access, IEEE
  Communications Magazine, junho de 2002
• Eklund, Carl, The IEEE 802.16 Standard for
  Broadband Wireless Access
• Bölcskei, Helmut et al., Fixed Broadband Wireless
  Access State of the Art, Challenges, and Future
  Directions, IEEE Communications Magazine, janeiro
  de 2001
• http//ieee802.org
• http//www.wimaxforum.org
• http//www.intel.com