WiMAX - Guía rápida

Inalámbrico significa transmitir señales utilizando ondas de radio como medio en lugar de cables. Las tecnologías inalámbricas se utilizan para tareas tan simples como apagar la televisión o tan complejas como proporcionar información a la fuerza de ventas desde una aplicación empresarial automatizada mientras se encuentra en el campo. Ahora los teclados y ratones inalámbricos, PDA, buscapersonas y teléfonos móviles y digitales se han convertido en parte de nuestra vida diaria.

Algunas de las características inherentes de los sistemas de comunicaciones inalámbricas que lo hacen atractivo para los usuarios se detallan a continuación:

Mobility - Un sistema de comunicaciones inalámbricas permite a los usuarios acceder a información más allá de su escritorio y realizar negocios desde cualquier lugar sin tener una conectividad por cable.
Reachability - Los sistemas de comunicación inalámbrica permiten que las personas estén conectadas y sean accesibles, independientemente de la ubicación desde la que operen.
Simplicity- El sistema de comunicación inalámbrica es fácil y rápido de implementar en comparación con la red cableada. El costo de instalación inicial podría ser un poco alto, pero otras ventajas superan ese alto costo.
Maintainability - En un sistema inalámbrico, no tiene que gastar demasiado tiempo y dinero para mantener la configuración de la red.
Roaming Services - Utilizando un sistema de red inalámbrica, puede proporcionar servicio en cualquier lugar en cualquier momento, incluidos trenes, autobuses, aviones, etc.
New Services - Los sistemas de comunicación inalámbrica proporcionan varios servicios inteligentes como SMS y MMS.

Topologías de redes inalámbricas

Básicamente, hay tres formas de configurar una red inalámbrica:

Puente punto a punto

Como saben, se utiliza un puente para conectar dos redes. Un puente de punto a punto interconecta dos edificios que tienen redes diferentes. Por ejemplo, un puente de LAN inalámbrica puede interactuar con una red Ethernet directamente a un punto de acceso en particular (como se muestra en la siguiente imagen).

Puente de punto a multipunto

Esta topología se utiliza para conectar tres o más LAN que pueden estar ubicadas en diferentes pisos de un edificio o entre edificios (como se muestra en la siguiente imagen).

Red en malla o ad hoc

Esta red es una red de área local independiente que no está conectada a una infraestructura cableada y en la que todas las estaciones están conectadas directamente entre sí (como se muestra en la siguiente imagen).

Tecnologías inalámbricas

Las tecnologías inalámbricas se pueden clasificar de diferentes formas según su alcance. Cada tecnología inalámbrica está diseñada para servir a un segmento de uso específico. Los requisitos para cada segmento de uso se basan en una variedad de variables, incluidas las necesidades de ancho de banda, las necesidades de distancia y la potencia.

Red de área amplia inalámbrica (WWAN)

Esta red le permite acceder a Internet a través de una tarjeta de acceso de red de área amplia inalámbrica (WWAN) y una PDA o computadora portátil.

Estas redes proporcionan una velocidad de datos muy rápida en comparación con las velocidades de datos de la tecnología de telecomunicaciones móviles, y su alcance también es extenso. Las redes celulares y móviles basadas en CDMA y GSM son buenos ejemplos de WWAN.

Red de área personal inalámbrica (WPAN)

Estas redes son muy similares a WWAN excepto que su alcance es muy limitado.

Red de área local inalámbrica (WLAN)

Esta red le permite acceder a Internet en puntos de acceso localizados a través de una tarjeta de acceso de red de área local inalámbrica (WLAN) y una PDA o computadora portátil.

Es un tipo de red de área local que utiliza ondas de radio de alta frecuencia en lugar de cables para comunicarse entre nodos.

Estas redes proporcionan una velocidad de datos muy rápida en comparación con las velocidades de datos de la tecnología de telecomunicaciones móviles, y su alcance es muy limitado. Wi-Fi es el ejemplo más extendido y popular de tecnología WLAN.

Red de área metropolitana inalámbrica (WMAN)

Esta red le permite acceder a Internet y servicios de transmisión multimedia a través de una red de área de región inalámbrica (WRAN).

Estas redes proporcionan una velocidad de datos muy rápida en comparación con las velocidades de datos de la tecnología de telecomunicaciones móviles y otras redes inalámbricas, y su alcance también es extenso.

Problemas con las redes inalámbricas

Hay los siguientes tres problemas principales con las redes inalámbricas.

Quality of Service (QoS)- Una de las principales preocupaciones sobre la entrega de datos inalámbricos es que, a diferencia de Internet a través de servicios por cable, la QoS es inadecuada. Los paquetes perdidos y la interferencia atmosférica son problemas recurrentes de los protocolos inalámbricos.
Security Risk- Este es otro problema importante con la transferencia de datos a través de una red inalámbrica. Mecanismos básicos de seguridad de la red como el identificador de conjunto de servicios (SSID) y la privacidad de equivalencia inalámbrica (WEP); estas medidas pueden ser adecuadas para residencias y pequeñas empresas, pero son inadecuadas para las entidades que requieren mayor seguridad.
Reachable Range- Normalmente, la red inalámbrica ofrece un alcance de unos 100 metros o menos. El alcance es una función del diseño y la potencia de la antena. Hoy en día, el alcance de la conexión inalámbrica se extiende a decenas de millas, por lo que esto ya no debería ser un problema.

Acceso inalámbrico de banda ancha (WBA)

La tecnología inalámbrica de banda ancha es una tecnología que promete una conexión de alta velocidad por aire. Utiliza ondas de radio para transmitir y recibir datos directamente hacia y desde los usuarios potenciales cuando lo deseen. Tecnologías como 3G, Wi-Fi, WiMAX y UWB trabajan juntas para satisfacer las necesidades únicas de los clientes.

WBA es un sistema punto a multipunto que se compone de estación base y equipo de abonado. En lugar de utilizar la conexión física entre la estación base y el abonado, la estación base utiliza una antena exterior para enviar y recibir datos de alta velocidad y equipos de voz al abonado.

WBA ofrece una solución eficaz y complementaria a la banda ancha fija, que ha sido reconocida mundialmente por un alto porcentaje de la población.

¿Qué es Wi-Fi?

Wi-Fi significa Wiimprudente Fidelity. Wi-Fi se basa en la familia de estándares IEEE 802.11 y es principalmente una tecnología de redes de área local (LAN) diseñada para proporcionar cobertura de banda ancha en edificios.

Para obtener más detalles sobre Wi-Fi, consulte nuestro Tutorial de Wi-Fi .

WiMAX es una de las tecnologías inalámbricas de banda ancha más novedosas en la actualidad. Se espera que los sistemas WiMAX brinden servicios de acceso de banda ancha a clientes residenciales y empresariales de una manera económica.

En términos generales, WiMax es una versión inalámbrica estandarizada de Ethernet diseñada principalmente como una alternativa a las tecnologías de cable (como módems de cable, DSL y enlaces T1 / E1) para proporcionar acceso de banda ancha a las instalaciones del cliente.

Más estrictamente, WiMAX es una organización comercial de la industria formada por compañías líderes de comunicaciones, componentes y equipos para promover y certificar la compatibilidad e interoperabilidad de equipos de acceso inalámbrico de banda ancha que cumplen con los estándares IEEE 802.16 y ETSI HIPERMAN.

WiMAX funcionaría de manera similar a WiFi, pero a velocidades más altas en distancias mayores y para un mayor número de usuarios. WiMAX tiene la capacidad de brindar servicio incluso en áreas que son difíciles de alcanzar para la infraestructura cableada y la capacidad de superar las limitaciones físicas de la infraestructura cableada tradicional.

WiMAX se formó en abril de 2001, anticipándose a la publicación de las especificaciones IEEE 802.16 originales de 10-66 GHz. WiMAX es 802.16 como WiFi Alliance es 802.11.

WiMAX es

Acrónimo de Worldwide Interoperability for Microwave Access.
Basado en tecnología Wireless MAN.
Una tecnología inalámbrica optimizada para la entrega de servicios centrados en IP en un área amplia.
Una plataforma inalámbrica escalable para la construcción de redes de banda ancha alternativas y complementarias.
Una certificación que denota interoperabilidad de equipos construidos según IEEE 802.16 o estándar compatible. El grupo de trabajo IEEE 802.16 desarrolla estándares que abordan dos tipos de modelos de uso:
- Un modelo de uso fijo (IEEE 802.16-2004).
- Un modelo de uso portátil (IEEE 802.16e).

¿Qué es 802.16a?

WiMAX es un término tan fácil que la gente tiende a usarlo para los estándares y la tecnología 802.16 ellos mismos, aunque estrictamente se aplica solo a sistemas que cumplen con los criterios de conformidad específicos establecidos por el Foro WiMAX.

El estándar 802.16a para 2-11 GHz es una tecnología de red de área metropolitana inalámbrica (MAN) que proporcionará conectividad inalámbrica de banda ancha a dispositivos fijos, portátiles y nómadas.

Se puede usar para conectar puntos de acceso 802.11 a Internet, proporcionar conectividad al campus y proporcionar una alternativa inalámbrica al cable y DSL para el acceso de banda ancha de última milla.

Velocidad y alcance de WiMax

Se espera que WiMAX ofrezca inicialmente una capacidad de hasta 40 Mbps por canal inalámbrico para aplicaciones fijas y portátiles, dependiendo de la configuración técnica particular elegida, suficiente para soportar cientos de empresas con conectividad de velocidad T-1 y miles de residencias con conectividad de velocidad DSL . WiMAX puede admitir voz y video, así como datos de Internet.

WiMax se desarrolló para proporcionar acceso inalámbrico de banda ancha a los edificios, ya sea en competencia con las redes cableadas existentes o solo en áreas rurales actualmente sin servicio o con poca población. También se puede utilizar para conectar puntos de acceso WLAN a Internet. WiMAX también está destinado a proporcionar conectividad de banda ancha a dispositivos móviles. No sería tan rápido como en estas aplicaciones fijas, pero se espera una capacidad de aproximadamente 15 Mbps en un área de cobertura celular de 3 km.

Con WiMAX, los usuarios realmente podrían liberarse de los arreglos de acceso a Internet actuales y poder conectarse en línea a velocidades de banda ancha, casi donde quieran desde una MetroZone.

WiMAX podría implementarse potencialmente en una variedad de bandas de espectro: 2.3GHz, 2.5GHz, 3.5GHz y 5.8GHz

¿Por qué WiMax?

WiMAX puede satisfacer una variedad de necesidades de acceso. Las aplicaciones potenciales incluyen extender las capacidades de banda ancha para acercarlos a los suscriptores, llenar los vacíos en los servicios de cable, DSL y T1, WiFi y backhaul celular, proporcionar acceso de los últimos 100 metros desde la fibra hasta la acera y brindar a los proveedores de servicios otra opción rentable para apoyo a los servicios de banda ancha.
WiMAX puede admitir soluciones de ancho de banda muy alto donde se desean implementaciones de gran espectro (es decir,> 10 MHz) utilizando la infraestructura existente, manteniendo bajos los costos y brindando el ancho de banda necesario para admitir una gama completa de servicios multimedia de alto valor.
WiMAX puede ayudar a los proveedores de servicios a enfrentar muchos de los desafíos que enfrentan debido a las crecientes demandas de los clientes sin descartar sus inversiones existentes en infraestructura porque tiene la capacidad de interoperar sin problemas a través de varios tipos de redes.
WiMAX puede proporcionar una cobertura de área amplia y capacidades de calidad de servicio para aplicaciones que van desde voz sobre IP (VoIP) sensible al retardo en tiempo real hasta transmisión de video en tiempo real y descargas no en tiempo real, lo que garantiza que los suscriptores obtengan el rendimiento que necesitan. esperar para todo tipo de comunicaciones.
WiMAX, que es una tecnología de banda ancha inalámbrica basada en IP, se puede integrar en redes móviles e inalámbricas y alámbricas de área amplia de tercera generación (3G), lo que le permite convertirse en parte de una solución de acceso de banda ancha perfecta en cualquier momento y lugar.

En última instancia, WiMAX está destinado a servir como el siguiente paso en la evolución de los teléfonos móviles 3G, a través de una combinación potencial de estándares WiMAX y CDMA llamada 4G.

Objetivos de WiMAX

Un estándar por sí solo no es suficiente para permitir una adopción masiva. WiMAX ha dado un paso adelante para ayudar a resolver las barreras a la adopción, como la interoperabilidad y el costo de implementación. WiMAX ayudará a encender la industria inalámbrica MAN mediante la definición y realización de pruebas de interoperabilidad y el etiquetado de los sistemas de proveedores con una etiqueta "WiMAX Certified ™" una vez que las pruebas se hayan completado con éxito.

WiMAX es similar al estándar inalámbrico conocido como Wi-Fi, pero a una escala mucho mayor y a velocidades más rápidas. Una versión nómada mantendría los dispositivos habilitados para WiMAX conectados en grandes áreas, al igual que los teléfonos móviles de hoy. Podemos compararlo con Wi-Fi en función de los siguientes factores.

Estándares IEEE

Wi-Fi se basa en el estándar IEEE 802.11, mientras que WiMAX se basa en IEEE 802.16. Sin embargo, ambos son estándares IEEE.

Rango

Wi-Fi generalmente proporciona acceso a la red local a unos pocos cientos de pies con una velocidad de hasta 54 Mbps, se espera que una sola antena WiMAX tenga un alcance de hasta 40 millas con una velocidad de 70 Mbps o más. Como tal, WiMAX puede brindar la conexión a Internet subyacente necesaria para dar servicio a las redes Wi-Fi locales.

Escalabilidad

Wi-Fi está diseñado para aplicaciones LAN, los usuarios escalan de uno a diez con un suscriptor para cada dispositivo CPE. Tamaños de canales fijos (20MHz).

WiMAX está diseñado para soportar de manera eficiente de uno a cientos de equipos de instalaciones del consumidor (CPE), con suscriptores ilimitados detrás de cada CPE. Tamaños de canal flexibles de 1.5MHz a 20MHz.

Tasa de bits

Wi-Fi funciona a 2,7 bps / Hz y puede alcanzar un pico de hasta 54 Mbps en un canal de 20 MHz.

WiMAX funciona a 5 bps / Hz y puede alcanzar un pico de hasta 100 Mbps en un canal de 20 MHz.

Calidad de servicio

Wi-Fi no garantiza QoS, pero WiMax le proporcionará varios niveles de QoS.

Como tal, WiMAX puede brindar la conexión a Internet subyacente necesaria para dar servicio a las redes Wi-Fi locales. Wi-Fi no proporciona banda ancha ubicua, mientras que WiMAX sí.

Tabla de comparación

Freature	WiMax (802.16a)	Wifi (802.11b)	Wifi (802.11a / g)
Primario Solicitud	Inalámbrico de banda ancha Acceso	LAN inalámbrico	LAN inalámbrico
Banda de frecuencia	Con licencia / sin licencia 2 G a 11 GHz	ISM de 2,4 GHz	ISM de 2,4 GHz (g) 5 GHz U-NII (a)
Canal Banda ancha	Ajustable 1,25 M hasta 20 MHz	25 MHz	20 MHz
Dúplex medio / completo	Lleno	Medio	Medio
Tecnología de radio	OFDM (256 canales)	Secuencia directa Espectro ensanchado	OFDM (64 canales)
Banda ancha Eficiencia	<= 5 bps / Hz	<= 0,44 bps / Hz	<= 2,7 bps / Hz
Modulación	BPSK, QPSK, 16, 64, 256-QAM	QPSK	BPSK, QPSK, 16-, 64-QAM
FEC	Código convolucional Reed-Solomon	Ninguna	Código convolucional
Cifrado	Obligatorio- 3DES Opcional- AES	Opcional- RC4 (AES en 802.11i)	Opcional- RC4 (AES en 802.11i)
Movilidad	WiMax móvil (802.16e)	En desarrollo	En desarrollo
Malla	si	Vendedor Propiedad	Propietario del proveedor
Protocolo de acceso	Solicitud / concesión	CSMA / CA	CSMA / CA

WiMAX es una solución de banda ancha inalámbrica que ofrece un amplio conjunto de funciones con mucha flexibilidad en términos de opciones de implementación y posibles ofertas de servicios. Algunas de las características más destacadas que merecen ser destacadas son las siguientes:

Dos tipos de servicios

WiMAX puede proporcionar dos formas de servicio inalámbrico:

Non-line-of-sight- el servicio es un tipo de servicio WiFi. Aquí, una pequeña antena de su computadora se conecta a la torre WiMAX. En este modo, WiMAX usa un rango de frecuencia más bajo: 2 GHz a 11 GHz (similar a WiFi).
Line-of-sight- servicio, donde una antena parabólica fija apunta directamente a la torre WiMAX desde un tejado o un poste. La conexión de línea de visión es más fuerte y estable, por lo que puede enviar una gran cantidad de datos con menos errores. Las transmisiones con línea de visión utilizan frecuencias más altas, con rangos que alcanzan los 66 GHz.

Capa física basada en OFDM

La capa física de WiMAX (PHY) se basa en la multiplexación por división de frecuencia ortogonal, un esquema que ofrece buena resistencia al multitrayecto y permite que WiMAX funcione en condiciones NLOS.

Velocidades de datos pico muy altas

WiMAX es capaz de soportar velocidades pico de datos muy altas. De hecho, la velocidad máxima de datos PHY puede ser tan alta como 74 Mbps cuando se opera con un amplio espectro de 20 MHz.

Más típicamente, usando un espectro de 10MHz que opera usando un esquema TDD con una relación de enlace descendente a enlace ascendente de 3: 1, la velocidad máxima de datos PHY es de aproximadamente 25 Mbps y 6,7 Mbps para el enlace descendente y el enlace ascendente, respectivamente.

Soporte de velocidad de datos y ancho de banda escalable

WiMAX tiene una arquitectura de capa física escalable que permite que la velocidad de datos se amplíe fácilmente con el ancho de banda del canal disponible.

Por ejemplo, un sistema WiMAX puede usar FFT (transformadas rápidas de Fourier) de 128, 512 o 1.048 bits en función de si el ancho de banda del canal es de 1,25 MHz, 5 MHz o 10 MHz, respectivamente. Esta escala se puede realizar de forma dinámica para admitir la itinerancia de los usuarios a través de diferentes redes que pueden tener diferentes asignaciones de ancho de banda.

Modulación y codificación adaptables (AMC)

WiMAX admite varios esquemas de codificación de modulación y corrección de errores de envío (FEC) y permite cambiar el esquema según el usuario y por marco, según las condiciones del canal.

AMC es un mecanismo eficaz para maximizar el rendimiento en un canal que varía en el tiempo.

Retransmisiones de la capa de enlace

WiMAX admite solicitudes de retransmisión automática (ARQ) en la capa de enlace para conexiones que requieren mayor confiabilidad. Las conexiones habilitadas para ARQ requieren que el receptor reconozca cada paquete transmitido; Se supone que los paquetes no reconocidos se pierden y se retransmiten.

Soporte para TDD y FDD

IEEE 802.16-2004 e IEEE 802.16e-2005 admiten tanto el duplexado por división de tiempo como el duplexado por división de frecuencia, así como un FDD semidúplex, que permite una implementación de sistema de bajo costo.

WiMAX utiliza OFDM

Mobile WiMAX utiliza el acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDM) como una técnica de acceso múltiple, mediante la cual se pueden asignar diferentes subconjuntos de tonos OFDM a diferentes usuarios.

Asignación de recursos flexible y dinámica por usuario

La asignación de recursos de enlace ascendente y descendente está controlada por un planificador en la estación base. La capacidad se comparte entre varios usuarios según la demanda, utilizando un esquema TDM de ráfagas.

Soporte para técnicas de antena avanzadas

La solución WiMAX tiene varios ganchos integrados en el diseño de la capa física, lo que permite el uso de técnicas de múltiples antenas, como formación de haces, codificación espacio-temporal y multiplexación espacial.

Soporte de calidad de servicio

La capa WiMAX MAC tiene una arquitectura orientada a la conexión que está diseñada para admitir una variedad de aplicaciones, incluidos servicios de voz y multimedia.

El sistema WiMAX ofrece soporte para flujos de tráfico de velocidad de bits constante, velocidad de bits variable, en tiempo real y no en tiempo real, además del mejor tráfico de datos.

WiMAX MAC está diseñado para admitir una gran cantidad de usuarios, con múltiples conexiones por terminal, cada una con su propio requisito de QoS.

Seguridad robusta

WiMAX admite un cifrado sólido, utiliza el estándar de cifrado avanzado (AES) y tiene un protocolo sólido de administración de claves y privacidad.

El sistema también ofrece una arquitectura de autenticación muy flexible basada en Extensible Authentication Protocol (EAP), que permite una variedad de credenciales de usuario, incluidos nombre de usuario / contraseña, certificados digitales y tarjetas inteligentes.

Apoyo a la movilidad

La variante WiMAX móvil del sistema tiene mecanismos para admitir transferencias seguras y sin problemas para aplicaciones de movilidad total tolerantes a retrasos, como VoIP.

Arquitectura basada en IP

El WiMAX Forum ha definido una arquitectura de red de referencia que se basa en una plataforma totalmente IP. Todos los servicios de extremo a extremo se brindan a través de una arquitectura IP que se basa en protocolos basados en IP para transporte de extremo a extremo, QoS, administración de sesiones, seguridad y movilidad.

Un sistema WiMAX consta de dos partes principales:

Una estación base WiMAX.
Un receptor WiMAX.

Estación base WiMAX

Una estación base WiMAX consta de electrónica interior y una torre WiMAX similar en concepto a una torre de telefonía celular. Una estación base WiMAX puede proporcionar cobertura a un área muy grande hasta un radio de 6 millas. Cualquier dispositivo inalámbrico dentro del área de cobertura podría acceder a Internet.

Las estaciones base WiMAX utilizarían la capa MAC definida en el estándar, una interfaz común que hace que las redes sean interoperables y asignaría ancho de banda de enlace ascendente y descendente a los abonados según sus necesidades, esencialmente en tiempo real.

Cada estación base proporciona cobertura inalámbrica en un área llamada celda. En teoría, el radio máximo de una celda es de 50 km o 30 millas; sin embargo, las consideraciones prácticas lo limitan a unos 10 km o 6 millas.

Receptor WiMAX

Un receptor WiMAX puede tener una antena separada o puede ser una caja independiente o una tarjeta PCMCIA colocada en su computadora portátil o computadora o cualquier otro dispositivo. Esto también se conoce como equipo en las instalaciones del cliente (CPE).

La estación base WiMAX es similar a acceder a un punto de acceso inalámbrico en una red WiFi, pero la cobertura es mayor.

Backhaul

Una estación de torre WiMAX puede conectarse directamente a Internet mediante una conexión por cable de gran ancho de banda (por ejemplo, una línea T3). También se puede conectar a otra torre WiMAX mediante un enlace de microondas con visibilidad directa.

Backhaul se refiere tanto a la conexión desde el punto de acceso a la estación base como a la conexión desde la estación base a la red central.

Es posible conectar varias estaciones base entre sí mediante enlaces de microondas de backhaul de alta velocidad. Esto también permitiría el roaming por parte de un suscriptor de WiMAX desde un área de cobertura de estación base a otra, similar al roaming habilitado por teléfonos celulares.

El estándar IEEE 802.16e-2005 proporciona la interfaz aérea para WiMAX, pero no define la red WiMAX completa de un extremo a otro. El Grupo de trabajo de red (NWG) de WiMAX Forum es responsable de desarrollar los requisitos, la arquitectura y los protocolos de red de extremo a extremo para WiMAX, utilizando IEEE 802.16e-2005 como interfaz aérea.

El WiMAX NWG ha desarrollado un modelo de referencia de red que sirve como marco de arquitectura para las implementaciones de WiMAX y para garantizar la interoperabilidad entre varios equipos y operadores de WiMAX.

El modelo de referencia de red prevé una arquitectura de red unificada para admitir implementaciones fijas, nómadas y móviles y se basa en un modelo de servicio IP. A continuación se muestra una ilustración simplificada de una arquitectura de red WiMAX basada en IP. La red general puede dividirse lógicamente en tres partes:

Estaciones móviles (MS) utilizadas por el usuario final para acceder a la red.
La red de servicios de acceso (ASN), que comprende una o más estaciones base y una o más pasarelas ASN que forman la red de acceso por radio en el borde.
Red de servicio de conectividad (CSN), que proporciona conectividad IP y todas las funciones de la red principal IP.

El modelo de referencia de red desarrollado por WiMAX Forum NWG define una serie de entidades funcionales e interfaces entre esas entidades. La siguiente figura muestra algunas de las entidades funcionales más importantes.

Base station (BS)- La BS es responsable de proporcionar la interfaz aérea a la MS. Las funciones adicionales que pueden formar parte de la BS son las funciones de gestión de la micro movilidad, como la activación de traspaso y el establecimiento de túneles, la gestión de recursos de radio, la aplicación de políticas de QoS, la clasificación del tráfico, el proxy DHCP (Protocolo de control dinámico de host), la gestión de claves, la gestión de sesiones y gestión de grupos de multidifusión.
Access service network gateway (ASN-GW)- La puerta de enlace ASN normalmente actúa como un punto de agregación de tráfico de capa 2 dentro de un ASN. Las funciones adicionales que pueden ser parte de la puerta de enlace ASN incluyen administración de localización y localización intra-ASN, administración de recursos de radio y control de admisión, almacenamiento en caché de perfiles de abonado y claves de cifrado, funcionalidad de cliente AAA, establecimiento y administración de túnel de movilidad con estaciones base. , QoS y aplicación de políticas, funcionalidad de agente externo para IP móvil y enrutamiento al CSN seleccionado.
Connectivity service network (CSN)- El CSN proporciona conectividad a Internet, ASP, otras redes públicas y redes corporativas. El CSN es propiedad de NSP e incluye servidores AAA que admiten la autenticación de los dispositivos, usuarios y servicios específicos. El CSN también proporciona gestión de políticas por usuario de QoS y seguridad. El CSN también es responsable de la administración de direcciones IP, el soporte para el roaming entre diferentes NSP, la administración de la ubicación entre los ASN y la movilidad y el roaming entre los ASN.

El marco de la arquitectura WiMAX permite la descomposición flexible y / o la combinación de entidades funcionales al construir las entidades físicas. Por ejemplo, el ASN puede descomponerse en transceptores de estación base (BST), controladores de estación base (BSC) y un ASNGW análogo al modelo GSM de BTS, BSC y Nodo de soporte de servicio GPRS (SGSN).

WiMAX es una tecnología basada en las especificaciones IEEE 802.16 para permitir la entrega de acceso de banda ancha inalámbrica de última milla como alternativa al cable y DSL. El diseño de la red WiMAX se basa en los siguientes principios fundamentales:

Spectrum - Se puede implementar en espectros con licencia y sin licencia.
Topology - Admite diferentes topologías de redes de acceso por radio (RAN).
Interworking - Arquitectura RAN independiente para permitir una integración e interfuncionamiento fluidos con redes WiFi, 3GPP y 3GPP2 y la red central del operador IP existente.
IP connectivity - admite una combinación de interconexiones de red IPv4 e IPv6 en clientes y servidores de aplicaciones.
Mobility management - posibilidad de ampliar el acceso fijo a la movilidad y la prestación de servicios multimedia de banda ancha.

WiMAX ha definido dos perfiles de sistema MAC, el ATM básico y la IP básica. También han definido dos perfiles de sistema PHY primarios, el canal de 25 MHz de ancho para usar en (implementaciones de EE. UU.) El rango de 10,66 GHz y el canal de 28 MHz de ancho para usar en (implementaciones de Europa) el rango de 10,66 GHz.

Las capas físicas y MAC de WiMAX se explican en capítulos separados de este tutorial.

El grupo de trabajo técnico de WiMAX está definiendo perfiles de sistema MAC y PHY para los estándares IEEE 802.16a e HiperMan. El perfil MAC incluye una versión basada en IP tanto para MAN inalámbrico (con licencia) como para HUMAN inalámbrico (exento de licencia).

El estándar IEEE 802.16 fue diseñado para evolucionar como un conjunto de estándares de interfaces de aire para WMAN basados en un protocolo MAC común, pero con especificaciones de capa física que dependen del espectro de uso y las regulaciones asociadas.

El marco de WiMAX se basa en varios principios básicos:

Soporte para diferentes topologías RAN.
Interfaces bien definidas para permitir la independencia de la arquitectura 802.16 RAN al tiempo que permite una integración e interfuncionamiento sin problemas con redes WiFi, 3GPP3 y 3GPP2.
Aproveche las tecnologías IP abiertas y definidas por IETF para construir redes de acceso escalables totalmente IP 802.16 utilizando equipos comunes disponibles en el mercado (COTS).
Soporte para clientes y servidores de aplicaciones IPv4 e IPv6, recomendando el uso de IPv6 en la infraestructura.
Extensibilidad funcional para soportar la migración futura a la movilidad total y la entrega de multimedia de banda ancha enriquecida.

La capa física de WiMAX se basa en la multiplexación por división de frecuencia ortogonal. OFDM es el esquema de transmisión preferido para permitir comunicaciones de datos, video y multimedia de alta velocidad y es utilizado por una variedad de sistemas comerciales de banda ancha, incluidos DSL, Wi-Fi, Digital Video Broadcast-Handheld (DVB-H) y MediaFLO , además de WiMAX.

OFDM es un esquema elegante y eficiente para la transmisión de alta velocidad de datos en un entorno de radio sin línea de visión o de trayectos múltiples.

Modulación y codificación adaptables en WiMAX

WiMAX admite una variedad de esquemas de modulación y codificación y permite que el esquema cambie ráfaga por ráfaga por enlace, según las condiciones del canal. Usando el indicador de retroalimentación de la calidad del canal, el móvil puede proporcionar retroalimentación a la estación base sobre la calidad del canal del enlace descendente. Para el enlace ascendente, la estación base puede estimar la calidad del canal, basándose en la calidad de la señal recibida.

La siguiente tabla proporciona una lista de los distintos esquemas de codificación y modulación compatibles con WiMAX:

	Enlace descendente	Enlace ascendente
Modulación	BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; BPSK opcional para OFDMA-PHY	BPSK, QPSK, 16 QAM; 64 QAM opcional
Codificación	Obligatorio: códigos convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 Opcional: códigos turbo convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetición a velocidad 1/2, 1/3, 1/6, LDPC, códigos RS para OFDM-PHY	Obligatorio: códigos convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 Opcional: códigos turbo convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetición a velocidad 1/2, 1/3, 1/6, LDPC

Tasas de datos de la capa PHY

Debido a que la capa física de WiMAX es bastante flexible, el rendimiento de la velocidad de datos varía según los parámetros operativos. Los parámetros que tienen un impacto significativo en la velocidad de datos de la capa física son el ancho de banda del canal y el esquema de modulación y codificación utilizado. Otros parámetros, como el número de subcanales, el tiempo de guarda OFDM y la tasa de sobremuestreo, también influyen.

A continuación se muestra la velocidad de datos de la capa PHY en varios anchos de banda de canal, así como los esquemas de modulación y codificación.

OFDM pertenece a una familia de esquemas de transmisión denominada modulación multiportadora, que se basa en la idea de dividir un flujo de datos de alta tasa de bits en varios flujos paralelos de menor tasa de bits y modular cada flujo en portadoras separadas, a menudo llamadas subportadoras o tonos. .

Los esquemas de modulación multiportadora eliminan o minimizan la interferencia entre símbolos (ISI) haciendo que el tiempo del símbolo sea lo suficientemente grande como para que los retardos inducidos por el canal sean una fracción insignificante (típicamente, <10 por ciento) de la duración del símbolo.

Por lo tanto, en sistemas de alta velocidad de datos en los que la duración del símbolo es pequeña, al ser inversamente proporcional a la velocidad de datos, dividir el flujo de datos en muchos flujos paralelos aumenta la duración del símbolo de cada flujo de modo que la extensión del retardo es solo una pequeña fracción de la duración del símbolo.

OFDM es una versión espectralmente eficiente de la modulación multiportadora, donde las subportadoras se seleccionan de manera que todas sean ortogonales entre sí durante la duración del símbolo, evitando así la necesidad de tener canales de subportadoras no superpuestos para eliminar la interferencia entre portadoras.

Para eliminar completamente ISI, se utilizan intervalos de guarda entre símbolos OFDM. Al hacer que el intervalo de guarda sea mayor que la dispersión de retardo por trayectos múltiples esperada, ISI se puede eliminar por completo. Sin embargo, agregar un intervalo de guarda implica un desperdicio de energía y una disminución en la eficiencia del ancho de banda.

El IEEE 802.16 MAC fue diseñado para aplicaciones de acceso inalámbrico de banda ancha punto a multipunto. La tarea principal de la capa MAC de WiMAX es proporcionar una interfaz entre las capas de transporte superiores y la capa física.

La capa MAC toma paquetes de la capa superior, estos paquetes se denominan unidades de datos de servicio MAC (MSDU) y los organiza en unidades de datos de protocolo MAC (MPDU) para su transmisión por aire. Para las transmisiones recibidas, la capa MAC hace lo contrario.

El diseño MAC IEEE 802.16-2004 e IEEE 802.16e-2005 incluye una subcapa de convergencia que puede interactuar con una variedad de protocolos de capa superior, como ATM TDM Voice, Ethernet, IP y cualquier protocolo futuro desconocido.

El MAC 802.16 está diseñado para aplicaciones punto a multipunto (PMP) y se basa en el acceso múltiple con detección de colisiones con prevención de colisiones (CSMA / CA).

El MAC incorpora varias características adecuadas para una amplia gama de aplicaciones con diferentes velocidades de movilidad, como las siguientes:

Gestión de claves de privacidad (PKM) para la seguridad de la capa MAC. La versión 2 de PKM incorpora soporte para el protocolo de autenticación extensible (EAP).
Soporte de difusión y multidifusión.
Primitivas de manejabilidad.
Primitivas de gestión de movilidad y traspaso de alta velocidad.
Tres niveles de administración de energía, funcionamiento normal, suspensión e inactivo.
Supresión, empaquetamiento y fragmentación de encabezados para un uso eficiente del espectro.
Cinco clases de servicio, servicio de subvención no solicitado (UGS), servicio de sondeo en tiempo real (rtPS), servicio de sondeo en tiempo no real (nrtPS), mejor esfuerzo (BE) y servicio de tasa variable en tiempo real extendido (ERT-VR) .

Estas características, combinadas con los beneficios inherentes de OFDMA escalable, hacen que 802.16 sea adecuado para datos de alta velocidad y aplicaciones multimedia IP en ráfagas o isócronas.

La compatibilidad con QoS es una parte fundamental del diseño de la capa MAC de WiMAX. WiMAX toma prestadas algunas de las ideas básicas detrás de su diseño QoS del estándar de cable módem DOCSIS.

Se logra un fuerte control de QoS mediante el uso de una arquitectura MAC orientada a la conexión, donde todas las conexiones de enlace descendente y ascendente están controladas por la BS de servicio.

WiMAX también define un concepto de flujo de servicio. Un flujo de servicio es un flujo unidireccional de paquetes con un conjunto particular de parámetros de QoS y se identifica mediante un identificador de flujo de servicio (SFID).

WiMAX prevé cuatro escenarios de uso relacionados con la movilidad:

Nomadic - El usuario puede tomar una estación de abonado fija y volver a conectarse desde un punto de conexión diferente.
Portable - Se proporciona acceso nómada a un dispositivo portátil, como una tarjeta de PC, con la expectativa de una transferencia con el mejor esfuerzo.
Simple mobility - El suscriptor puede moverse a velocidades de hasta 60 km / h con breves interrupciones (menos de 1 segundo) durante la transferencia.
Full mobility - Se admite una movilidad de hasta 120 km / h y una transferencia sin interrupciones (latencia inferior a 50 ms y pérdida de paquetes <1%).

Es probable que las redes WiMAX se implementen inicialmente para aplicaciones fijas y nómadas y luego evolucionen para admitir la portabilidad a la movilidad total con el tiempo.

El estándar IEEE 802.16e-2005 define un marco para soportar la gestión de la movilidad. En particular, el estándar define mecanismos de señalización para rastrear estaciones de abonados a medida que se mueven desde el rango de cobertura de una estación base a otra cuando están activas o cuando se mueven de un grupo de búsqueda a otro cuando están inactivas.

El estándar también tiene protocolos para permitir un traspaso sin problemas de conexiones en curso de una estación base a otra.

El estándar también tiene protocolos para permitir un traspaso sin problemas de conexiones en curso de una estación base a otra. El WiMAX Forum ha utilizado el marco definido en IEEE 802.16e-2005 para desarrollar aún más la gestión de la movilidad dentro de un marco de arquitectura de red de un extremo a otro. La arquitectura también admite la movilidad de la capa IP mediante IP móvil.

Los sistemas WiMAX se diseñaron desde el principio teniendo en cuenta una seguridad sólida. El estándar incluye métodos de última generación para garantizar la privacidad de los datos del usuario y evitar el acceso no autorizado con optimización de protocolo adicional para la movilidad.

La seguridad es manejada por una subcapa de privacidad dentro de WiMAX MAC. Los aspectos clave de la seguridad de WiMAX son los siguientes:

Soporte para la privacidad

Los datos del usuario se cifran mediante esquemas criptográficos de robustez probada para brindar privacidad. Se admiten tanto AES (estándar de cifrado avanzado) como 3DES (estándar de cifrado de datos triple).

La clave de 128 o 256 bits que se utiliza para derivar el cifrado se genera durante la fase de autenticación y se actualiza periódicamente para brindar protección adicional.

Autenticación de dispositivo / usuario

WiMAX proporciona un medio flexible para autenticar estaciones de abonados y usuarios para evitar el uso no autorizado. El marco de autenticación se basa en el EAP del Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF), que admite una variedad de credenciales, como nombre de usuario / contraseña, certificados digitales y tarjetas inteligentes.

Los dispositivos terminales WiMAX vienen con certificados digitales X.509 integrados que contienen su clave pública y dirección MAC. Los operadores de WiMAX pueden usar los certificados para la autenticación del dispositivo y usar un nombre de usuario / contraseña o autenticación con tarjeta inteligente para la autenticación del usuario.

Protocolo de gestión de claves flexible

El Protocolo de administración de claves y privacidad versión 2 (PKMv2) se utiliza para transferir de forma segura material de claves desde la estación base a la estación móvil, reautorizando y actualizando periódicamente las claves.

Protección de mensajes de control

La integridad de los mensajes de control por aire está protegida mediante el uso de esquemas de resumen de mensajes, como CMAC basado en AES o HMAC basado en MD5.

Soporte para entrega rápida

Para admitir transferencias rápidas, WiMAX permite que la MS utilice la autenticación previa con una BS de destino en particular para facilitar el reingreso acelerado.

Se admite un esquema de protocolo de enlace de tres vías para optimizar los mecanismos de reautenticación para admitir traspasos rápidos y, al mismo tiempo, evitar cualquier ataque de intermediario.

IEEE 802.16, la interfaz aérea para sistemas de acceso inalámbricos de banda ancha fija , también conocida como interfaz aérea IEEE WirelessMAN, es un conjunto emergente de estándares para BWA fijo, portátil y móvil en MAN.

Estos estándares son emitidos por el grupo de trabajo IEEE 802.16 que originalmente cubría las tecnologías de bucle local inalámbrico (WLL) en el espectro de radio de 10,66 GHz, que luego se ampliaron mediante proyectos de enmienda para incluir espectros con licencia y sin licencia de 2 a 11 GHz.

El paraguas WiMAX incluye actualmente 802.16-2004 y 802.16e. 802.16-2004 utiliza OFDM para servir a múltiples usuarios en una forma de división de tiempo en una especie de técnica de operación por turnos, pero se hace extremadamente rápido para que los usuarios tengan la percepción de que siempre están transmitiendo / recibiendo. 802.16e utiliza OFDMA y puede servir a múltiples usuarios simultáneamente al asignar conjuntos de tonos a cada usuario.

A continuación se muestra la tabla de varios estándares IEEE 802.16 relacionados con WiMAX.

NOTE - Los estándares IEEE 802.16 para BWA brindan la posibilidad de interoperabilidad entre equipos de diferentes proveedores, lo que contrasta con la industria BWA anterior, donde los productos patentados con precios altos son dominantes en el mercado.

Una organización sin fines de lucro llamada WiMAX Forum ™ se formó en 2001, con el objetivo de armonizar estándares, probar y certificar la interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes.

WiMAX Forum ™ fue formado por proveedores de equipos y componentes para respaldar el sistema IEEE 802.16 BWA ayudando a garantizar la compatibilidad e interoperabilidad de los equipos BWA, lo que conducirá a un menor costo a través de la implementación a nivel de chip.

WiMAX Forum ™ está haciendo lo que WiFi Alliance ha hecho para LAN inalámbrica e IEEE 802.11. Los productos WiMAX Forum Certified ™ se adhieren al estándar IEEE 802.16 y ofrecen mayor ancho de banda, menores costos y capacidades de servicio más amplias que la mayoría de las soluciones propietarias disponibles.

El WiMAX Forum ™ está trabajando en la creación de un protocolo de referencia que permita que los equipos y dispositivos de varios proveedores interoperen y también brinde una selección de equipos y dispositivos de diferentes proveedores.

Miembros de WiMAXForum

El WiMAX Forum ™ tiene más de 400 miembros de fabricantes de equipos, proveedores de semiconductores y proveedores de servicios, y recientemente se abrió la membresía para proveedores de contenido. Algunos de los miembros destacados son Alcatel, AT&T, Fujitsu, Intel, Nortel, Motorola, SBC y Siemens.

Hemos cubierto solo los conceptos básicos de WiMAX en este tutorial. Hay una gran cantidad de material de referencia disponible que debe consultar para convertirse en un maestro de WiMAX. Consulte el capítulo Recursos útiles de WiMAX de este tutorial para obtener más información sobre WiMAX.

Aquí hay una recapitulación rápida de los puntos que discutimos en este tutorial:

WiMAX se basa en una interfaz aérea muy flexible y robusta definida por el grupo IEEE 802.16.
WiMAX es similar al estándar inalámbrico conocido como Wi-Fi, pero a una escala mucho mayor y a velocidades más rápidas.
La capa física de WiMAX se basa en OFDM, que es una técnica elegante y eficaz para superar la distorsión por trayectos múltiples.
La capa física admite varias técnicas avanzadas para aumentar la confiabilidad de la capa de enlace. Estas técnicas incluyen una potente codificación de corrección de errores, incluida la codificación turbo y LDPC, ARQ híbrido y conjuntos de antenas.
WiMAX admite una serie de técnicas avanzadas de procesamiento de señales para mejorar la capacidad general del sistema. Estas técnicas incluyen modulación y codificación adaptativas, multiplexación espacial y diversidad multiusuario.
WiMAX tiene una capa MAC muy flexible que puede adaptarse a una variedad de tipos de tráfico, incluidos voz, video y multimedia, y proporciona una calidad de servicio sólida.
Las sólidas funciones de seguridad, como el cifrado sólido y la autenticación mutua, están integradas en el estándar WiMAX.
WiMAX define una arquitectura de red flexible basada totalmente en IP que permite la explotación de todos los beneficios de IP.
WiMAX ofrece una eficiencia espectral muy alta, especialmente cuando se utilizan soluciones MIMO de orden superior.

WiMAX Forum ™ es una corporación sin fines de lucro liderada por la industria formada para promover y certificar la compatibilidad e interoperabilidad de productos inalámbricos de banda ancha.

Los productos WiMAX Forum Certified ™ se basan en un único estándar global IEEE 802.16 que permite una interoperabilidad completa en todo el mundo.

¿Lo que sigue?

Los productos IEEE 802.16 se encuentran en las fases finales de desarrollo comercial con implementaciones de prueba iniciales ya en marcha. Así que prepárate para una nueva fase revolucionaria inalámbrica.

Quizás le interese saber más sobre WiMAX. Por lo tanto, consulte los recursos útiles de WiMAX.

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