WiMAX - Guia rápido

Sem fio significa transmitir sinais usando ondas de rádio como meio em vez de fios. As tecnologias sem fio são usadas para tarefas simples, como desligar a televisão, ou complexas, como fornecer à equipe de vendas informações de um aplicativo corporativo automatizado em campo. Agora, teclados e mouses sem fio, PDAs, pagers e telefones digitais e celulares tornaram-se parte de nossa vida diária.

Algumas das características inerentes aos sistemas de comunicação sem fio que os tornam atraentes para os usuários são fornecidas abaixo -

Mobility - Um sistema de comunicação sem fio permite que os usuários acessem informações fora de sua mesa e conduzam negócios de qualquer lugar sem ter uma conectividade com fio.
Reachability - Os sistemas de comunicação sem fio permitem que as pessoas permaneçam conectadas e acessíveis, independentemente do local de onde operam.
Simplicity- O sistema de comunicação sem fio é fácil e rápido de implantar em comparação com a rede cabeada. O custo de configuração inicial pode ser um pouco alto, mas outras vantagens superam esse alto custo.
Maintainability - Em um sistema sem fio, você não precisa gastar muito tempo e custo para manter a configuração da rede.
Roaming Services - Usando um sistema de rede sem fio, você pode fornecer serviço em qualquer lugar a qualquer hora, incluindo trem, ônibus, aviões etc.
New Services - Os sistemas de comunicação sem fio fornecem vários serviços inteligentes como SMS e MMS.

Topologias de rede sem fio

Existem basicamente três maneiras de configurar uma rede sem fio -

Ponte ponto a ponto

Como você sabe, uma ponte é usada para conectar duas redes. Uma ponte ponto a ponto interliga dois edifícios com redes diferentes. Por exemplo, uma ponte de LAN sem fio pode fazer interface com uma rede Ethernet diretamente a um ponto de acesso específico (conforme mostrado na imagem a seguir).

Ponte ponto a multiponto

Esta topologia é usada para conectar três ou mais LANs que podem estar localizadas em andares diferentes em um edifício ou entre edifícios (conforme mostrado na imagem a seguir).

Malha ou rede ad hoc

Esta rede é uma rede local independente que não está conectada a uma infraestrutura com fio e na qual todas as estações estão conectadas diretamente umas às outras (conforme mostrado na imagem a seguir).

Tecnologias sem fio

As tecnologias sem fio podem ser classificadas de diferentes maneiras, dependendo de seu alcance. Cada tecnologia sem fio é projetada para atender a um segmento de uso específico. Os requisitos para cada segmento de uso são baseados em uma variedade de variáveis, incluindo necessidades de largura de banda, necessidades de distância e energia.

Rede de longa distância sem fio (WWAN)

Essa rede permite que você acesse a Internet por meio de uma placa de acesso de rede de longa distância sem fio (WWAN) e um PDA ou laptop.

Essas redes fornecem uma velocidade de dados muito rápida em comparação com as taxas de dados da tecnologia de telecomunicações móveis e seu alcance também é extenso. As redes celulares e móveis baseadas em CDMA e GSM são bons exemplos de WWAN.

Rede de área pessoal sem fio (WPAN)

Essas redes são muito semelhantes à WWAN, exceto que seu alcance é muito limitado.

Rede local sem fio (WLAN)

Essa rede permite que você acesse a Internet em hotspots localizados por meio de uma placa de acesso de rede local sem fio (WLAN) e um PDA ou laptop.

É um tipo de rede local que usa ondas de rádio de alta frequência em vez de fios para se comunicar entre os nós.

Essas redes fornecem uma velocidade de dados muito rápida em comparação com as taxas de dados da tecnologia de telecomunicações móveis e seu alcance é muito limitado. Wi-Fi é o exemplo mais difundido e popular de tecnologia WLAN.

Rede de área metropolitana sem fio (WMAN)

Essa rede permite que você acesse a Internet e os serviços de streaming de multimídia por meio de uma rede de área sem fio (WRAN).

Essas redes fornecem uma velocidade de dados muito rápida em comparação com as taxas de dados da tecnologia de telecomunicações móveis, bem como de outras redes sem fio, e seu alcance também é extenso.

Problemas com redes sem fio

Seguem três problemas principais com redes sem fio.

Quality of Service (QoS)- Uma das principais preocupações sobre a entrega de dados sem fio é que, ao contrário da Internet por meio de serviços com fio, a QoS é inadequada. Pacotes perdidos e interferência atmosférica são problemas recorrentes dos protocolos sem fio.
Security Risk- Este é outro grande problema com a transferência de dados em uma rede sem fio. Mecanismos básicos de segurança de rede, como o identificador de conjunto de serviços (SSID) e Wireless Equivalency Privacy (WEP); essas medidas podem ser adequadas para residências e pequenos negócios, mas são inadequadas para as entidades que exigem maior segurança.
Reachable Range- Normalmente, a rede sem fio oferece um alcance de cerca de 100 metros ou menos. O alcance é uma função do design e da potência da antena. Hoje em dia, o alcance do wireless é estendido para dezenas de milhas, então isso não deve ser mais um problema.

Acesso de banda larga sem fio (WBA)

A banda larga sem fio é uma tecnologia que promete conexão de alta velocidade pelo ar. Ele usa ondas de rádio para transmitir e receber dados diretamente de e para os usuários em potencial, sempre que eles quiserem. Tecnologias como 3G, Wi-Fi, WiMAX e UWB trabalham juntas para atender às necessidades exclusivas dos clientes.

O WBA é um sistema ponto-a-multiponto composto de estação base e equipamento de assinante. Em vez de usar a conexão física entre a estação base e o assinante, a estação base usa uma antena externa para enviar e receber dados em alta velocidade e equipamento de voz para assinante.

A WBA oferece uma solução complementar eficaz para banda larga fixa, que se tornou mundialmente reconhecida por uma alta porcentagem da população.

O que é Wi-Fi?

Wi-Fi significa Wireless Fidelidade. O Wi-Fi é baseado na família de padrões IEEE 802.11 e é principalmente uma tecnologia de rede local (LAN) projetada para fornecer cobertura de banda larga interna.

Para obter mais detalhes sobre Wi-Fi, consulte nosso Tutorial de Wi-Fi .

WiMAX é uma das tecnologias sem fio de banda larga mais avançadas da atualidade. Espera-se que os sistemas WiMAX forneçam serviços de acesso de banda larga a clientes residenciais e empresariais de maneira econômica.

Vagamente, o WiMax é uma versão sem fio padronizada de Ethernet destinada principalmente como uma alternativa às tecnologias de fio (como modems a cabo, links DSL e T1 / E1) para fornecer acesso de banda larga às instalações do cliente.

Mais estritamente, o WiMAX é uma organização comercial da indústria formada por empresas líderes de comunicações, componentes e equipamentos para promover e certificar a compatibilidade e interoperabilidade de equipamentos de acesso de banda larga sem fio em conformidade com os padrões IEEE 802.16 e ETSI HIPERMAN.

O WiMAX operaria de maneira semelhante ao WiFi, mas em velocidades mais altas em distâncias maiores e para um número maior de usuários. O WiMAX tem a capacidade de fornecer serviço mesmo em áreas de difícil acesso para a infraestrutura com fio e a capacidade de superar as limitações físicas da infraestrutura com fio tradicional.

O WiMAX foi formado em abril de 2001, em antecipação à publicação das especificações IEEE 802.16 originais de 10-66 GHz. O WiMAX está para 802.16, assim como a WiFi Alliance está para 802.11.

WiMAX é

Acrônimo para Worldwide Interoperability for Microwave Access.
Baseado na tecnologia Wireless MAN.
Uma tecnologia sem fio otimizada para a entrega de serviços centrados em IP em uma ampla área.
Uma plataforma sem fio escalonável para construir redes de banda larga alternativas e complementares.
Uma certificação que denota a interoperabilidade do equipamento construído de acordo com o IEEE 802.16 ou padrão compatível. O Grupo de Trabalho IEEE 802.16 desenvolve padrões que abordam dois tipos de modelos de uso -
- Um modelo de uso fixo (IEEE 802.16-2004).
- Um modelo de uso portátil (IEEE 802.16e).

O que é 802.16a?

WiMAX é um termo tão fácil que as próprias pessoas tendem a usá-lo para os padrões 802.16 e tecnologia, embora se aplique estritamente apenas a sistemas que atendem a critérios de conformidade específicos estabelecidos pelo WiMAX Forum.

O padrão 802.16a para 2-11 GHz é uma tecnologia de rede de área metropolitana sem fio (MAN) que fornecerá conectividade de banda larga sem fio para dispositivos fixos, portáteis e nômades.

Ele pode ser usado para conectar pontos de acesso 802.11 à Internet, fornecer conectividade de campus e fornecer uma alternativa sem fio ao cabo e DSL para acesso de banda larga de última milha.

Velocidade e alcance do WiMax

Espera-se que o WiMAX ofereça inicialmente cerca de 40 Mbps de capacidade por canal sem fio para aplicativos fixos e portáteis, dependendo da configuração técnica específica escolhida, o suficiente para suportar centenas de empresas com conectividade de velocidade T-1 e milhares de residências com conectividade de velocidade DSL . O WiMAX pode suportar voz e vídeo, bem como dados da Internet.

O WiMax foi desenvolvido para fornecer acesso de banda larga sem fio a prédios, seja competindo com as redes cabeadas existentes ou sozinho em áreas rurais atualmente não atendidas ou com baixa densidade populacional. Também pode ser usado para conectar pontos de acesso WLAN à Internet. WiMAX também se destina a fornecer conectividade de banda larga para dispositivos móveis. Não seria tão rápido quanto nessas aplicações fixas, mas as expectativas são de cerca de 15 Mbps de capacidade em uma área de cobertura de células de 3 km.

Com o WiMAX, os usuários podem realmente se livrar dos acordos atuais de acesso à Internet e ficar online em velocidades de banda larga, quase onde quiserem dentro de uma MetroZone.

O WiMAX pode ser implantado em uma variedade de bandas de espectro: 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,5 GHz e 5,8 GHz

Por que WiMax?

O WiMAX pode satisfazer uma variedade de necessidades de acesso. As aplicações potenciais incluem estender os recursos de banda larga para aproximá-los dos assinantes, preenchendo lacunas em serviços de cabo, DSL e T1, WiFi e backhaul celular, fornecendo acesso dos últimos 100 metros da fibra ao meio-fio e dando aos provedores de serviço outra opção econômica para suporte a serviços de banda larga.
O WiMAX pode oferecer suporte a soluções de largura de banda muito alta em que implantações de amplo espectro (ou seja,> 10 MHz) são desejadas usando a infraestrutura existente, mantendo os custos baixos, enquanto fornece a largura de banda necessária para suportar uma gama completa de serviços multimídia de alto valor.
O WiMAX pode ajudar os provedores de serviços a enfrentar muitos dos desafios que enfrentam devido às crescentes demandas dos clientes, sem descartar seus investimentos em infraestrutura existentes, porque tem a capacidade de interoperar perfeitamente em vários tipos de rede.
O WiMAX pode fornecer ampla cobertura de área e recursos de qualidade de serviço para aplicativos que variam de voz sobre IP (VoIP) sensível a atrasos em tempo real a streaming de vídeo em tempo real e downloads em tempo não real, garantindo que os assinantes obtenham o desempenho que desejam esperar para todos os tipos de comunicações.
O WiMAX, que é uma tecnologia de banda larga sem fio baseada em IP, pode ser integrado tanto em redes móveis de terceira geração (3G) quanto em redes sem fio e com fio, permitindo que se torne parte de uma solução de acesso de banda larga contínua a qualquer hora e em qualquer lugar.

Em última análise, o WiMAX se destina a servir como a próxima etapa na evolução dos telefones móveis 3G, por meio de uma combinação potencial dos padrões WiMAX e CDMA chamados 4G.

Metas WiMAX

Um padrão por si só não é suficiente para permitir a adoção em massa. O WiMAX deu um passo à frente para ajudar a resolver as barreiras à adoção, como interoperabilidade e custo de implantação. WiMAX ajudará a inflamar a indústria MAN wireless definindo e conduzindo testes de interoperabilidade e sistemas de fornecedores de rotulagem com um rótulo "WiMAX Certified ™" uma vez que o teste foi concluído com sucesso.

O WiMAX é semelhante ao padrão sem fio conhecido como Wi-Fi, mas em uma escala muito maior e em velocidades mais rápidas. Uma versão nômade manteria os dispositivos habilitados para WiMAX conectados em grandes áreas, assim como os telefones celulares de hoje. Podemos compará-lo com o Wi-Fi com base nos seguintes fatores.

Padrões IEEE

O Wi-Fi é baseado no padrão IEEE 802.11 enquanto o WiMAX é baseado no IEEE 802.16. No entanto, ambos são padrões IEEE.

Alcance

O Wi-Fi normalmente fornece acesso à rede local por algumas centenas de metros com velocidade de até 54 Mbps, uma única antena WiMAX deve ter um alcance de até 40 milhas com a velocidade de 70 Mbps ou mais. Como tal, o WiMAX pode trazer a conexão de Internet subjacente necessária para servir redes Wi-Fi locais.

Escalabilidade

Wi-Fi é destinado a aplicações LAN, os usuários variam de um a dezenas com um assinante para cada dispositivo CPE. Tamanhos de canal fixos (20 MHz).

O WiMAX é projetado para suportar com eficiência de um a centenas de equipamentos nas instalações do consumidor (CPE) s, com assinantes ilimitados por trás de cada CPE. Tamanhos de canal flexíveis de 1,5 MHz a 20 MHz.

Taxa de bits

O Wi-Fi funciona a 2,7 bps / Hz e pode atingir um pico de 54 Mbps no canal de 20 MHz.

O WiMAX funciona a 5 bps / Hz e pode atingir o pico de 100 Mbps em um canal de 20 MHz.

Qualidade de serviço

O Wi-Fi não garante nenhum QoS, mas o WiMax fornecerá seus diversos níveis de QoS.

Como tal, o WiMAX pode trazer a conexão de Internet subjacente necessária para servir redes Wi-Fi locais. O Wi-Fi não fornece banda larga onipresente enquanto o WiMAX o faz.

Tabela de comparação

Freature	WiMax (802.16a)	Wi-fi (802.11b)	Wi-fi (802.11a / g)
Primário Inscrição	Banda larga sem fio Acesso	Rede sem fio	Rede sem fio
Faixa de frequência	Licenciado / não licenciado 2 G a 11 GHz	ISM de 2,4 GHz	2,4 GHz ISM (g) 5 GHz U-NII (a)
Canal Largura de banda	Ajustável 1,25 M a 20 MHz	25 MHz	20 MHz
Half / Full Duplex	Cheio	Metade	Metade
Tecnologia de Rádio	OFDM (256 canais)	Sequência Direta Espalhe Espectro	OFDM (64 canais)
Largura de banda Eficiência	<= 5 bps / Hz	<= 0,44 bps / Hz	<= 2,7 bps / Hz
Modulação	BPSK, QPSK, 16-, 64-, 256-QAM	QPSK	BPSK, QPSK, 16-, 64-QAM
FEC	Código Convolucional Reed-Solomon	Nenhum	Código Convolucional
Encriptação	Obrigatório- 3DES Opcional- AES	Opcional- RC4 (AES em 802.11i)	Opcional- RC4 (AES em 802.11i)
Mobilidade	Mobile WiMax (802.16e)	Em desenvolvimento	Em desenvolvimento
Malha	sim	Fornecedor Proprietário	Vendedor proprietário
Protocolo de Acesso	Solicitar / conceder	CSMA / CA	CSMA / CA

O WiMAX é uma solução de banda larga sem fio que oferece um rico conjunto de recursos com muita flexibilidade em termos de opções de implantação e ofertas de serviços potenciais. Algumas das características mais salientes que merecem destaque são as seguintes -

Dois tipos de serviços

O WiMAX pode fornecer duas formas de serviço sem fio -

Non-line-of-sight- serviço é um tipo de serviço WiFi. Aqui, uma pequena antena em seu computador se conecta à torre WiMAX. Nesse modo, o WiMAX usa uma faixa de frequência inferior - 2 GHz a 11 GHz (semelhante ao WiFi).
Line-of-sight- serviço, onde uma antena parabólica fixa aponta diretamente para a torre WiMAX de um telhado ou poste. A conexão de linha de visão é mais forte e mais estável, portanto, é capaz de enviar muitos dados com menos erros. As transmissões em linha de visão usam frequências mais altas, com alcances que chegam a 66 GHz.

Camada Física baseada em OFDM

A camada física do WiMAX (PHY) é baseada na multiplexação por divisão ortogonal de frequência, um esquema que oferece boa resistência a multicaminhos e permite que o WiMAX opere em condições NLOS.

Taxas de dados de pico muito altas

O WiMAX é capaz de suportar taxas de dados de pico muito altas. Na verdade, a taxa de dados PHY de pico pode ser tão alta quanto 74 Mbps ao operar usando um amplo espectro de 20 MHz.

Mais tipicamente, usando um espectro de 10 MHz operando usando o esquema TDD com uma razão de downlink-to-uplink de 3: 1, a taxa de dados PHY de pico é de cerca de 25 Mbps e 6,7 Mbps para o downlink e o uplink, respectivamente.

Suporte escalável de largura de banda e taxa de dados

O WiMAX tem uma arquitetura de camada física escalonável que permite que a taxa de dados seja escalonada facilmente com a largura de banda do canal disponível.

Por exemplo, um sistema WiMAX pode usar 128, 512 ou 1.048 bits FFTs (transformações rápidas de Fourier) com base em se a largura de banda do canal é 1,25 MHz, 5 MHz ou 10 MHz, respectivamente. Esse dimensionamento pode ser feito dinamicamente para oferecer suporte ao roaming do usuário em diferentes redes que podem ter diferentes alocações de largura de banda.

Modulação e codificação adaptativa (AMC)

O WiMAX suporta uma série de esquemas de codificação de modulação e correção de erros de encaminhamento (FEC) e permite que o esquema seja alterado de acordo com o usuário e por quadro, com base nas condições do canal.

AMC é um mecanismo eficaz para maximizar a taxa de transferência em um canal variável no tempo.

Retransmissões de camada de link

O WiMAX oferece suporte a solicitações de retransmissão automática (ARQ) na camada de link para conexões que exigem confiabilidade aprimorada. As conexões habilitadas para ARQ requerem que cada pacote transmitido seja confirmado pelo receptor; pacotes não reconhecidos são considerados perdidos e retransmitidos.

Suporte para TDD e FDD

IEEE 802.16-2004 e IEEE 802.16e-2005 suporta duplexação por divisão de tempo e duplexação por divisão de frequência, bem como um FDD half-duplex, que permite uma implementação de sistema de baixo custo.

WiMAX usa OFDM

O WiMAX móvel usa acesso múltiplo por divisão de frequência ortogonal (OFDM) como uma técnica de acesso múltiplo, em que diferentes usuários podem ser alocados em diferentes subconjuntos de tons OFDM.

Flexível e dinâmico por alocação de recursos do usuário

A alocação de recursos de uplink e downlink são controlados por um programador na estação base. A capacidade é compartilhada entre vários usuários de acordo com a demanda, usando um esquema de burst TDM.

Suporte para técnicas avançadas de antena

A solução WiMAX tem vários ganchos integrados ao design da camada física, que permite o uso de técnicas de múltiplas antenas, como beamforming, codificação espaço-tempo e multiplexação espacial.

Suporte de qualidade de serviço

A camada WiMAX MAC tem uma arquitetura orientada a conexão projetada para oferecer suporte a uma variedade de aplicativos, incluindo serviços de voz e multimídia.

O sistema WiMAX oferece suporte para taxa de bits constante, taxa de bits variável, fluxos de tráfego em tempo real e não real, além do tráfego de dados de melhor esforço.

WiMAX MAC é projetado para suportar um grande número de usuários, com múltiplas conexões por terminal, cada um com seu próprio requisito de QoS.

Segurança robusta

WiMAX suporta criptografia forte, usando Advanced Encryption Standard (AES), e tem uma privacidade robusta e protocolo de gerenciamento de chave.

O sistema também oferece uma arquitetura de autenticação muito flexível baseada em Extensible Authentication Protocol (EAP), que permite uma variedade de credenciais de usuário, incluindo nome de usuário / senha, certificados digitais e cartões inteligentes.

Suporte para mobilidade

A variante WiMAX móvel do sistema tem mecanismos para suportar handovers seguros e contínuos para aplicativos de mobilidade total tolerantes a atrasos, como VoIP.

Arquitetura baseada em IP

O WiMAX Forum definiu uma arquitetura de rede de referência baseada em uma plataforma totalmente IP. Todos os serviços ponta a ponta são entregues em uma arquitetura IP que conta com protocolos baseados em IP para transporte ponta a ponta, QoS, gerenciamento de sessão, segurança e mobilidade.

Um sistema WiMAX consiste em duas partes principais -

Uma estação base WiMAX.
Um receptor WiMAX.

Estação Base WiMAX

Uma estação base WiMAX consiste em eletrônicos internos e uma torre WiMAX semelhante em conceito a uma torre de telefone celular. Uma estação base WiMAX pode fornecer cobertura para uma área muito grande de até um raio de 6 milhas. Qualquer dispositivo sem fio dentro da área de cobertura seria capaz de acessar a Internet.

As estações base WiMAX usariam a camada MAC definida no padrão, uma interface comum que torna as redes interoperáveis e alocariam largura de banda de uplink e downlink para os assinantes de acordo com suas necessidades, em tempo essencialmente real.

Cada estação base oferece cobertura wireless em uma área chamada célula. Teoricamente, o raio máximo de uma célula é de 50 km ou 30 milhas; no entanto, as considerações práticas limitam-no a cerca de 10 km ou 6 milhas.

Receptor WiMAX

Um receptor WiMAX pode ter uma antena separada ou pode ser uma caixa independente ou uma placa PCMCIA em seu laptop ou computador ou qualquer outro dispositivo. Isso também é conhecido como equipamento nas instalações do cliente (CPE).

A estação base WiMAX é semelhante a acessar um ponto de acesso sem fio em uma rede WiFi, mas a cobertura é maior.

Backhaul

Uma estação torre WiMAX pode se conectar diretamente à Internet usando uma conexão com fio de alta largura de banda (por exemplo, uma linha T3). Ele também pode se conectar a outra torre WiMAX usando um link de micro-ondas de linha de visão.

Backhaul refere-se à conexão do ponto de acesso de volta à estação base e à conexão da estação base à rede central.

É possível conectar várias estações base umas às outras usando links de microondas de backhaul de alta velocidade. Isso também permitiria o roaming de um assinante de WiMAX de uma área de cobertura da estação base para outra, semelhante ao roaming habilitado por telefones celulares.

O padrão IEEE 802.16e-2005 fornece a interface aérea para WiMAX, mas não define a rede WiMAX completa de ponta a ponta. O Network Working Group (NWG) do WiMAX Forum é responsável por desenvolver os requisitos de rede ponta a ponta, arquitetura e protocolos para WiMAX, usando IEEE 802.16e-2005 como a interface aérea.

O WiMAX NWG desenvolveu um modelo de referência de rede para servir como uma estrutura de arquitetura para implantações de WiMAX e para garantir a interoperabilidade entre vários equipamentos e operadoras de WiMAX.

O modelo de referência de rede prevê uma arquitetura de rede unificada para suportar implantações fixas, nômades e móveis e é baseado em um modelo de serviço IP. Abaixo está uma ilustração simplificada de uma arquitetura de rede WiMAX baseada em IP. A rede geral pode ser dividida logicamente em três partes -

Estações móveis (MS) usadas pelo usuário final para acessar a rede.
A rede de serviço de acesso (ASN), que compreende uma ou mais estações base e um ou mais gateways ASN que formam a rede de acesso de rádio na extremidade.
Rede de serviços de conectividade (CSN), que fornece conectividade IP e todas as funções da rede principal de IP.

O modelo de referência de rede desenvolvido pelo WiMAX Forum NWG define uma série de entidades funcionais e interfaces entre essas entidades. A figura a seguir mostra algumas das entidades funcionais mais importantes.

Base station (BS)- O BS é responsável por fornecer a interface aérea ao MS. Funções adicionais que podem fazer parte do BS são funções de gerenciamento de micromobilidade, como acionamento de transferência e estabelecimento de túnel, gerenciamento de recursos de rádio, aplicação de política de QoS, classificação de tráfego, proxy DHCP (Protocolo de Controle de Host Dinâmico), gerenciamento de chave, gerenciamento de sessão e gerenciamento de grupo multicast.
Access service network gateway (ASN-GW)- O gateway ASN normalmente atua como um ponto de agregação de tráfego da camada 2 em um ASN. Funções adicionais que podem ser parte do gateway ASN incluem gerenciamento de localização intra-ASN e paging, gerenciamento de recursos de rádio e controle de admissão, armazenamento em cache de perfis de assinantes e chaves de criptografia, funcionalidade de cliente AAA, estabelecimento e gerenciamento de túnel de mobilidade com estações base , QoS e aplicação de política, funcionalidade de agente externo para IP móvel e roteamento para o CSN selecionado.
Connectivity service network (CSN)- O CSN fornece conectividade com a Internet, ASP, outras redes públicas e redes corporativas. O CSN é propriedade da NSP e inclui servidores AAA que oferecem suporte à autenticação para dispositivos, usuários e serviços específicos. O CSN também fornece gerenciamento de política de QoS e segurança por usuário. O CSN também é responsável pelo gerenciamento de endereços IP, suporte para roaming entre diferentes NSPs, gerenciamento de localização entre ASNs e mobilidade e roaming entre ASNs.

A estrutura da arquitetura WiMAX permite a decomposição flexível e / ou combinação de entidades funcionais ao construir as entidades físicas. Por exemplo, o ASN pode ser decomposto em transceptores de estação base (BST), controladores de estação base (BSC) e um ASNGW análogo ao modelo GSM de BTS, BSC e Nó de Suporte de Serviço GPRS (SGSN).

WiMAX é uma tecnologia baseada nas especificações IEEE 802.16 para permitir o fornecimento de acesso de banda larga sem fio de última milha como uma alternativa ao cabo e DSL. O design da rede WiMAX é baseado nos seguintes princípios principais -

Spectrum - capaz de ser implantado em espectros licenciados e não licenciados.
Topology - suporta diferentes topologias de rede de acesso de rádio (RAN).
Interworking - arquitetura RAN independente para permitir integração e interoperação perfeitas com redes WiFi, 3GPP e 3GPP2 e rede central de operadora de IP existente.
IP connectivity - suporta uma combinação de interconexões de rede IPv4 e IPv6 em clientes e servidores de aplicativos.
Mobility management - possibilidade de alargamento do acesso fixo à oferta de serviços multimédia em banda larga e mobilidade.

O WiMAX definiu dois perfis de sistema MAC, o ATM básico e o IP básico. Eles também definiram dois perfis de sistema PHY principais, o canal de 25 MHz para uso em (implantações nos EUA) na faixa de 10,66 GHz e o canal de 28 MHz para uso em (implantações europeias) na faixa de 10,66 GHz.

As camadas WiMAX Physical e MAC são explicadas em capítulos separados deste tutorial.

O grupo de trabalho técnico do WiMAX está definindo perfis de sistema MAC e PHY para os padrões IEEE 802.16a e HiperMan. O perfil MAC inclui uma versão baseada em IP para MAN sem fio (licenciado) e HUMANO sem fio (isento de licença).

O padrão IEEE 802.16 foi projetado para evoluir como um conjunto de padrões de interfaces aéreas para WMAN com base em um protocolo MAC comum, mas com especificações de camada física dependentes do espectro de uso e dos regulamentos associados.

A estrutura do WiMAX é baseada em vários princípios básicos -

Suporte para diferentes topologias RAN.
Interfaces bem definidas para permitir a independência da arquitetura RAN 802.16, ao mesmo tempo em que permitem uma integração e interoperação perfeitas com redes WiFi, 3GPP3 e 3GPP2.
Aproveite e abra as tecnologias IP definidas pela IETF para construir redes de acesso 802.16 totalmente IP escalonáveis usando equipamentos comuns prontos para uso (COTS).
Suporte para clientes IPv4 e IPv6 e servidores de aplicação, recomendando o uso de IPv6 na infraestrutura.
Extensibilidade funcional para dar suporte à migração futura para mobilidade total e entrega de multimídia de banda larga rica.

A camada física do WiMAX é baseada na multiplexação por divisão ortogonal de frequência. OFDM é o esquema de transmissão de escolha para permitir dados de alta velocidade, vídeo e comunicações multimídia e é usado por uma variedade de sistemas de banda larga comerciais, incluindo DSL, Wi-Fi, Digital Video Broadcast-Handheld (DVB-H) e MediaFLO , além de WiMAX.

OFDM é um esquema elegante e eficiente para transmissão de alta taxa de dados em um ambiente de rádio sem linha de visão ou multipath.

Modulação adaptativa e codificação em WiMAX

O WiMAX suporta uma variedade de esquemas de modulação e codificação e permite que o esquema mude em uma base rajada a rajada por link, dependendo das condições do canal. Usando o indicador de feedback de qualidade do canal, a unidade móvel pode fornecer à estação base feedback sobre a qualidade do canal de downlink. Para o uplink, a estação base pode estimar a qualidade do canal, com base na qualidade do sinal recebido.

A tabela a seguir fornece uma lista dos vários esquemas de modulação e codificação suportados pelo WiMAX -

	Downlink	Uplink
Modulação	BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; BPSK opcional para OFDMA-PHY	BPSK, QPSK, 16 QAM; 64 QAM opcional
Codificação	Obrigatório: códigos convolucionais nas taxas 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 Opcional: códigos turbo convolucionais nas taxas 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetição na taxa 1/2, 1/3, 1/6, LDPC, RS-Codes para OFDM-PHY	Obrigatório: códigos convolucionais nas taxas 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 Opcional: códigos turbo convolucionais nas taxas 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetição na taxa 1/2, 1/3, 1/6, LDPC

Taxas de dados da camada PHY

Como a camada física do WiMAX é bastante flexível, o desempenho da taxa de dados varia com base nos parâmetros operacionais. Os parâmetros que têm um impacto significativo na taxa de dados da camada física são a largura de banda do canal e o esquema de modulação e codificação usado. Outros parâmetros, como número de subcanais, tempo de guarda OFDM e taxa de sobreamostragem, também têm impacto.

A seguir está a taxa de dados da camada PHY em várias larguras de banda de canal, bem como esquemas de modulação e codificação.

OFDM pertence a uma família de esquemas de transmissão denominada modulação de múltiplas portadoras, que se baseia na ideia de dividir um determinado fluxo de dados de alta taxa de bits em vários fluxos paralelos de baixa taxa de bits e modular cada fluxo em portadoras separadas, frequentemente chamadas de subportadoras ou tons .

Os esquemas de modulação de multicarrier eliminam ou minimizam a interferência entre símbolos (ISI) tornando o tempo do símbolo grande o suficiente para que os atrasos induzidos pelo canal sejam uma fração insignificante (tipicamente <10 por cento) da duração do símbolo.

Portanto, em sistemas de alta taxa de dados em que a duração do símbolo é pequena, ser inversamente proporcional à taxa de dados que divide o fluxo de dados em muitos fluxos paralelos aumenta a duração do símbolo de cada fluxo, de modo que a propagação do atraso é apenas uma pequena fração de a duração do símbolo.

OFDM é uma versão espectralmente eficiente de modulação de portadora múltipla, em que as subportadoras são selecionadas de modo que sejam todas ortogonais entre si ao longo da duração do símbolo, evitando assim a necessidade de canais de subportadora não sobrepostos para eliminar a interferência entre portadoras.

Para eliminar completamente o ISI, intervalos de guarda são usados entre os símbolos OFDM. Tornando o intervalo de guarda maior do que a propagação de retardo de multipercurso esperado, o ISI pode ser completamente eliminado. Adicionar um intervalo de guarda, entretanto, implica em perda de energia e uma diminuição na eficiência da largura de banda.

O MAC IEEE 802.16 foi projetado para aplicativos de acesso sem fio de banda larga ponto a multiponto. A principal tarefa da camada MAC do WiMAX é fornecer uma interface entre as camadas de transporte superiores e a camada física.

A camada MAC pega pacotes da camada superior, esses pacotes são chamados de unidades de dados de serviço MAC (MSDUs) e os organiza em unidades de dados de protocolo MAC (MPDUs) para transmissão pelo ar. Para as transmissões recebidas, a camada MAC faz o inverso.

O design MAC IEEE 802.16-2004 e IEEE 802.16e-2005 inclui uma subcamada de convergência que pode fazer interface com uma variedade de protocolos de camada superior, como ATM TDM Voice, Ethernet, IP e qualquer protocolo futuro desconhecido.

O 802.16 MAC é projetado para aplicativos ponto a multiponto (PMP) e é baseado em acesso múltiplo com detecção de colisão com prevenção de colisão (CSMA / CA).

O MAC incorpora vários recursos adequados para uma ampla gama de aplicações em diferentes taxas de mobilidade, como os seguintes -

Gerenciamento de chave de privacidade (PKM) para segurança da camada MAC. PKM versão 2 incorpora suporte para protocolo de autenticação extensível (EAP).
Suporte para broadcast e multicast.
Primitivos de gerenciabilidade.
Transferência de alta velocidade e primitivas de gerenciamento de mobilidade.
Três níveis de gerenciamento de energia, operação normal, suspensão e inatividade.
Supressão, empacotamento e fragmentação de cabeçalho para um uso eficiente do espectro.
Cinco classes de serviço, serviço de concessão não solicitado (UGS), serviço de pesquisa em tempo real (rtPS), serviço de pesquisa em tempo não real (nrtPS), melhor esforço (BE) e serviço de taxa variável em tempo real estendida (ERT-VR) .

Esses recursos combinados com os benefícios inerentes do OFDMA escalonável tornam o 802.16 adequado para dados de alta velocidade e aplicações de multimídia IP em rajadas ou isócronas.

O suporte para QoS é uma parte fundamental do design da camada MAC do WiMAX. O WiMAX pega emprestado algumas das idéias básicas por trás de seu design QoS do padrão de modem a cabo DOCSIS.

O controle de QoS forte é obtido usando uma arquitetura MAC orientada à conexão, onde todas as conexões de downlink e uplink são controladas pelo BS servidor.

WiMAX também define um conceito de fluxo de serviço. Um fluxo de serviço é um fluxo unidirecional de pacotes com um determinado conjunto de parâmetros de QoS e é identificado por um identificador de fluxo de serviço (SFID).

O WiMAX prevê quatro cenários de uso relacionados à mobilidade -

Nomadic - O usuário pode pegar uma estação de assinante fixa e reconectar a partir de um ponto de conexão diferente.
Portable - O acesso nômade é fornecido a um dispositivo portátil, como uma placa de PC, com expectativa de um handover de melhor esforço.
Simple mobility - O assinante pode se mover a velocidades de até 60 km / h com breves interrupções (menos de 1 segundo) durante a transferência.
Full mobility - Há suporte para mobilidade de até 120 km / h e transferência contínua (latência de menos de 50 ms e perda de pacote <1%).

É provável que as redes WiMAX sejam inicialmente implantadas para aplicativos fixos e nômades e, em seguida, evoluam para oferecer suporte à portabilidade para mobilidade total ao longo do tempo.

O padrão IEEE 802.16e-2005 define uma estrutura de suporte ao gerenciamento de mobilidade. Em particular, o padrão define mecanismos de sinalização para rastrear estações de assinantes à medida que se movem da faixa de cobertura de uma estação base para outra quando ativas ou à medida que se movem de um grupo de paging para outro quando ociosas.

O padrão também possui protocolos para permitir uma transferência contínua de conexões em andamento de uma estação base para outra.

O padrão também possui protocolos para permitir uma transferência contínua de conexões em andamento de uma estação base para outra. O WiMAX Forum usou a estrutura definida no IEEE 802.16e-2005 para desenvolver ainda mais o gerenciamento de mobilidade em uma estrutura de arquitetura de rede ponta a ponta. A arquitetura também oferece suporte à mobilidade da camada IP usando IP móvel.

Os sistemas WiMAX foram projetados desde o início com uma segurança robusta em mente. O padrão inclui métodos de última geração para garantir a privacidade dos dados do usuário e prevenir o acesso não autorizado com otimização de protocolo adicional para mobilidade.

A segurança é controlada por uma subcamada de privacidade dentro do WiMAX MAC. Os principais aspectos da segurança WiMAX são os seguintes -

Suporte para privacidade

Os dados do usuário são criptografados usando esquemas criptográficos de robustez comprovada para fornecer privacidade. Ambos AES (Advanced Encryption Standard) e 3DES (Triple Data Encryption Standard) são suportados.

A chave de 128 ou 256 bits usada para derivar a cifra é gerada durante a fase de autenticação e é atualizada periodicamente para proteção adicional.

Autenticação de dispositivo / usuário

O WiMAX fornece um meio flexível para autenticar estações de assinantes e usuários para evitar o uso não autorizado. A estrutura de autenticação é baseada no Internet Engineering Task Force (IETF) EAP, que oferece suporte a uma variedade de credenciais, como nome de usuário / senha, certificados digitais e cartões inteligentes.

Os dispositivos de terminal WiMAX vêm com certificados digitais X.509 integrados que contêm sua chave pública e endereço MAC. Os operadores de WiMAX podem usar os certificados para autenticação do dispositivo e usar um nome de usuário / senha ou autenticação de cartão inteligente sobre ele para autenticação do usuário.

Protocolo de gerenciamento de chave flexível

O Privacy and Key Management Protocol versão 2 (PKMv2) é usado para transferir com segurança o material de chave da estação base para a estação móvel, re-autorizando e atualizando as chaves periodicamente.

Proteção de mensagens de controle

A integridade das mensagens de controle over-the-air é protegida pelo uso de esquemas de resumo de mensagens, como CMAC baseado em AES ou HMAC baseado em MD5.

Suporte para transferência rápida

Para suportar handovers rápidos, o WiMAX permite que o MS use a pré-autenticação com um BS alvo específico para facilitar a reentrada acelerada.

Um esquema de handshake de três vias é suportado para otimizar os mecanismos de reautenticação para oferecer suporte a handovers rápidos, ao mesmo tempo que evita qualquer ataque man-in-the-middle.

O IEEE 802.16, a interface aérea para sistemas de acesso sem fio de banda larga fixa , também conhecido como interface aérea IEEE WirelessMAN, é um conjunto emergente de padrões para BWA fixo, portátil e móvel na MAN.

Esses padrões são emitidos pelo grupo de trabalho IEEE 802.16 que originalmente cobria as tecnologias de loop local sem fio (WLL) no espectro de rádio de 10,66 GHz, que foram posteriormente estendidas por meio de projetos de emenda para incluir espectros licenciados e não licenciados de 2 a 11 GHz.

O guarda-chuva WiMAX atualmente inclui 802.16-2004 e 802.16e. O 802.16-2004 utiliza OFDM para servir a vários usuários em uma divisão de tempo em uma espécie de técnica round-robin, mas feito de forma extremamente rápida para que os usuários tenham a percepção de que estão sempre transmitindo / recebendo. O 802.16e utiliza OFDMA e pode servir a vários usuários simultaneamente, alocando conjuntos de tons para cada usuário.

A seguir está o gráfico de vários padrões IEEE 802.16 relacionados ao WiMAX.

NOTE - Os padrões IEEE 802.16 para BWA oferecem a possibilidade de interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fornecedores, o que contrasta com a indústria BWA anterior, onde produtos proprietários com preços elevados são dominantes no mercado.

Uma organização sem fins lucrativos chamada WiMAX Forum ™ foi formada em 2001, com o objetivo de harmonizar padrões, testar e certificar a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes.

O WiMAX Forum ™ foi formado por fornecedores de equipamentos e componentes para dar suporte ao sistema BWA IEEE 802.16, ajudando a garantir a compatibilidade e interoperabilidade dos equipamentos BWA, o que levará a custos mais baixos por meio da implementação em nível de chip.

WiMAX Forum ™ está fazendo o que WiFi Alliance fez para wireless LAN e IEEE 802.11. Os produtos WiMAX Forum Certified ™ aderem ao padrão IEEE 802.16 e oferecem maior largura de banda, custos mais baixos e recursos de serviço mais amplos do que a maioria das soluções proprietárias disponíveis.

O WiMAX Forum ™ está trabalhando na configuração de um protocolo de linha de base que permite que equipamentos e dispositivos de vários fornecedores interoperem e também oferece uma escolha de equipamentos e dispositivos de diferentes fornecedores.

Membros do WiMAXForum

O WiMAX Forum ™ tem mais de 400 membros de fabricantes de equipamentos, fornecedores de semicondutores e provedores de serviços, e a adesão foi recentemente aberta para provedores de conteúdo. Alguns dos membros destacados são Alcatel, AT&T, Fujitsu, Intel, Nortel, Motorola, SBC e Siemens.

Cobrimos apenas o básico do WiMAX neste tutorial. Há uma abundância de bons materiais de referência disponíveis que você deve consultar para se tornar um mestre em WiMAX. Consulte o capítulo Recursos úteis sobre WiMAX deste tutorial para obter mais informações sobre WiMAX.

Aqui está uma rápida recapitulação dos pontos que discutimos neste tutorial -

O WiMAX é baseado em uma interface aérea muito flexível e robusta definida pelo grupo IEEE 802.16.
O WiMAX é semelhante ao padrão sem fio conhecido como Wi-Fi, mas em uma escala muito maior e em velocidades mais rápidas.
A camada física WiMAX é baseada em OFDM, que é uma técnica elegante e eficaz para superar a distorção de multipercurso.
A camada física oferece suporte a várias técnicas avançadas para aumentar a confiabilidade da camada de link. Essas técnicas incluem codificação de correção de erros poderosa, incluindo codificação turbo e LDPC, híbrido-ARQ e arranjos de antenas.
O WiMAX oferece suporte a várias técnicas avançadas de processamento de sinal para melhorar a capacidade geral do sistema. Essas técnicas incluem modulação e codificação adaptativa, multiplexação espacial e diversidade multiusuário.
O WiMAX tem uma camada MAC muito flexível que pode acomodar uma variedade de tipos de tráfego, incluindo voz, vídeo e multimídia, e fornece QoS forte.
Funções de segurança robustas, como criptografia forte e autenticação mútua, são integradas ao padrão WiMAX.
O WiMAX define uma arquitetura de rede flexível totalmente baseada em IP que permite a exploração de todos os benefícios do IP.
O WiMAX oferece eficiência espectral muito alta, especialmente ao usar soluções MIMO de ordem superior.

WiMAX Forum ™ é uma corporação sem fins lucrativos, liderada pelo setor, formada para promover e certificar a compatibilidade e interoperabilidade de produtos de banda larga sem fio.

Os produtos WiMAX Forum Certified ™ são baseados em um único padrão global IEEE 802.16, permitindo interoperabilidade completa em todo o mundo.

O que vem a seguir?

Os produtos IEEE 802.16 estão nas fases finais de desenvolvimento comercial, com implantações de teste iniciais já em andamento. Portanto, esteja pronto para uma nova fase revolucionária sem fio.

Você pode estar interessado em saber mais sobre o WiMAX. Portanto, verifique os recursos úteis do WiMAX.

Envie-me seu feedback em [email protected] Obrigado.