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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO TRIÂNGULO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO A Utilização do ATM em Ambiente Wireless Dami da Silva ole de r ole d ais Estações base
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Monografia Apresentada ao Curso de Ciência da Computação do Centro Universitário do Triângulo – Unit, como requisito básico à obtenção do grau de Bacharel em Ciência da Computação, sob a orientação do Prof. Alex Dias.
Monografia Apresentada ao Curso de Ciência da Computação do Centro Universitário do Triângulo – Unit, como requisito básico à obtenção do grau de Bacharel em Ciência da Computação.
Atualmente tem-se assistido a uma procura crescente por sistemas de transmissão onde se possa trafegar a altas velocidades a fim de suportar aplicações multimídia.
Pesquisas são feitas de modo a encontrar a melhor alternativa tecnológica e é um desafio aos pesquisadores tornar essas redes disponíveis em situações onde os meios
físicos de transmissão não sejam viáveis. Neste contexto algumas redes de altas velocidades são citadas, tais como Frame Relay, FDDI, padrões Ethernet, ATM, suas
características e arquiteturas, como destaque e referência ao desenvolvimento tecnológico nesta área, deixando claro a tecnologia ATM como a mais adequada a prover
velocidade e confiança de transmissão. Assim também os equipamentos de transmissão não confinados, rádio transmissores e satélites, modos de transmissão e alguns
exemplos de redes que os utilizam, definem e caracterizam o contexto de ambiente wireless. Descreve-se as redes sem fios como exemplos de arquiteturas e utilização da
tecnologia wireless em ambientes corporativos ou de campus ou como alternativa para a comunicação pessoal. Por fim apresenta-se a tecnologia WATM, suas
particularidades e desafios, como solução mais promissora para a comunicação sem fio.
Sumário
1.0 Introdução........................................................................................................................................... i
2.0 Redes de altas velocidades..................................................................................................... 3
5.2 Por que ATM..................................................................................................................................... 29
5.3 Modelo de referência WATM................................................................................................ 30
5.4 O Acesso wireless........................................................................................................................ 31
Nos últimos anos têm se assistido a um grande desenvolvimento das tecnologias referentes a transmissão de dados e comunicação pessoal. Deve-se a isso o fato de os requisitos da comunicação moderna serem mais exigentes, isto é, o que antes era suficiente, como uma comunicação entre dois pontos via cabo, transmitindo um texto, hoje já não o é, visto que o que trafega, ou o que deseja que se trafegue são dados, textos, imagens, enfim, transmissão multimídia. O desenvolvimento destas aplicações, propiciou então a necessidade de incrementos que suportassem todas as suas peculiaridades de transmissão ( tipo de tráfego, grande largura de banda, alta velocidade devido, sensibilidade ao tempo, etc). Assim surgiu o conceito de rede pública, conhecida por RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) ou ISDN(Integrated Services Digital Network).
Junte se a esses requisitos um outro aspecto na área de comunicação, a mobilidade. É mais do que conhecido a necessidade de comunicação entre vários pontos sem ter que sujeitar-se e emaranhados e mais emaranhados de fios, sem esquecer outros fatores tais como produtividade, redução de custos e outras vantagens adicionais a todo tipo de transação.
Partindo destas considerações, este trabalho apresentou a tecnologia wireless, os acréscimos e as
respostas que ela dá a estes anseios.
Antes de tratar das redes wireless propriamente dito, foi apresentado as principais redes de altas velocidades, implementadas com o intuito de trazer transmissão rápida e eficiente. As características de cada uma são apresentadas resumidamente, uma vez que, discutir sobre os detalhes de cada uma foge ao escopo deste trabalho. Aqui são citadas as tecnologias Frame Relay, FDDI, os padrões Fast-Ethernet, Gigabit Ethernet e ATM, como exemplos por serem as mais usadas e para ilustrar o desenvolvimento tecnológico das redes de alta velocidades.
A seguir foram abordados os meios de transmissão wireless, com suas características, aplicações, a fim de
tornar mais claro e adicionar informações complementares ao entendimento do assunto.
Logo após, apresentou-se as redes wireless, suas arquiteturas, aplicações. Incluindo aqui algumas das redes de comunicação pessoal.
Concluindo, foi apresentada a tecnologia que integra as vantagens da tecnologia ATM e os benefícios da mobilidade, o WATM, como solução para as necessidades atuais de comunicação e como uma grande concorrente para terceira geração das redes de comunicação pessoal.
2.0 Redes de altas velocidades
Até algum tempo atrás cada tipo de dado trafegava numa rede específica o que não era apropriado para as aplicações multimídia em franco crescimento. Visualizou-se então a necessidade de agrupar todo o tipo de tráfego - texto, vídeo e voz - numa mesma rede e ao mesmo tempo disponibilizar largura de banda necessária para estas aplicações.
Surgiu o conceito de Redes Digitais de Serviços Integrados(RDSI) que tem como objetivo juntar todo esse tipo de tráfego numa única rede. Originariamente a idéia surgiu de empresas de telefonia que viam a necessidade da integração dos serviços de voz, dados e texto e concordaram em estruturar um tipo de rede apropriado. As aplicações são as mais diversas, entre as quais podemos citar a vídeo conferência, onde os participantes, podem se comunicar por voz e imagem em tempo real, analisando e modificando dados apresentados sem perda de sincronismo; chamadas telefônicas instantâneas em qualquer lugar do mundo com todos os dados da pessoa que fez a chamada numa tela de um computador ligado ao telefone; além de videotelefonia, teleação(controle por computador de dispositivos físicos remotos); recuperação de dados armazenados remotamente, vídeo sob demanda e...etc.
As diversas características de cada um destes tipos de transmissão trouxe a necessidade de uma nova tecnologia, o ATM(Assynchronous Transfer Mode), que abordasse de maneira efetiva cada uma das particularidades de algumas redes de altas velocidades conhecidas e que proporcionasse recursos capazes de fazer tal integração, como será visto mais adiante.
As demais tecnologias citadas são também implementadas para suportar grande velocidades, porém não satisfazem de maneira satisfatória os requisitos dos diferentes tipos de transmissão. E mostram a evolução e o contexto da tecnologia de transporte de dados.
2.1 Frame Relay
Nascida da necessidade do mercado de transportar informações com características diferentes com alta performance e a um preço baixo, Frame Relay é uma tecnologia de comunicação em alta velocidade onde a informação é transmitida através de frames ou quadros. É usada para conectar LAN, SNA, internet. Cada frame possui o endereço de destino especificado e tem o formato como mostrado na figura 2.0.
1 octeto 2 octetos 2 octetos 1 octeto
FLAG DLCIInformação
FCS FLAG
DLCI 0 RES EA 1
DLCI 1 FECN BECN DE EA1
Figura 2.0 – Formato do quadro de frame relay [1]
Os campos FLAG indicam o início e o fim do quadro; campo FCS (Frame Check Sequence), serve
para a detecção de erros; o campo DLCI (Data Link Conection Identifier) é subdivido em campos : DLCI
0 - identifica os seis bits mais significativos e o DLCI 1 - identifica os quatro bits menos significativos,
que indicam a conexão virtual, a partir da qual o encaminhamento é feito; o campo RES para comando ou
resposta, os campos EA 0 e EA 1 para extensão de endereços, os campos FECN e BCN para indicar e o
campo congestionamento e o campo DE para indicar descarte em caso de congestionamento.
Frame relay utiliza serviços de entrega de quadros, que é feita de maneira bidirecional, onde a
ordem dos quadros é mantida durante a transmissão. Os frames viajam pela rede através de um circuito
virtual, passando por uma série de switches até chegar ao seu destino. A rede não aloca largura de banda
para um caminho virtual até que seja necessário.
Como utiliza apenas 2 bytes para overhead, o uso da banda é mais eficiente, isto significa que
frame relay utiliza mais espaço para informações do que para overhead, o que a torna uma tecnologia
Uma conexão com circuito virtual é formada pela concatenação de conexões virtuais entre vários enlaces da rede, da origem ao destino, que formam um caminho lógico e único através do qual os dados chegam ao destino.
Existem dois tipos de conexões : circuito virtual permanente e circuito virtual comutado. O primeiro
foi desenvolvido originalmente, por isso é mais comum, e baseia-se em caminhos fixos. O início e o fim
do circuito não mudam, deste modo, funciona como um canal dedicado ponto-a-ponto. O canal é
configurado por um operador da rede que estabelece as conexões e a banda que será utilizada. No circuito
virtual comutado, o estabelecimento de conexões e alocação de recursos são feitos de forma dinâmica,
acompanhando as necessidades da rede.
2.1.2 Serviço de entrega de quadros
Frame relay combina características de multiplexação estatística e compartilhamento de portas do X.25. Os dados são organizados dentro de unidades denominadas frame.
Esta tecnologia usa apenas algumas funções do nível 2 (enlace) do X.25, tais como, validação, detecção de erros de transmissão, porém a recuperação, delimitação de quadros, inspeção do tamanho não são feitos. As demais funções (controle de erros e de fluxo) são implementadas fim a fim. Neste contexto, frame relay adquire um alto “throughput” visto que o número de frames processados por segundo para um dado hardware será maior, pois os frames serão muito menos processados durante a transmissão.
O descarte de dados é feito durante o encaminhamento através do campo FCS. Na presença de erros o frame simplesmente é descartado, deixando que a correção de erros seja feita fim a fim. O mesmo acontece no caso de congestionamentos, que podem ocorrer quando um nó recebe mais informações do que pode processar, ou envia mais frames do que a velocidade da linha permite.
Para suportar essas características, os dispositivos do usuário final (PC`s, workstations e hosts) devem ter capacidade para reconhecer erros e retransmitir pacotes, o que já vem sendo implementado pela indústria atual.
2.2 FDDI
FDDI é um padrão para transmissão de dados por meio de fibra óptica em uma LAN (Local Area Network), interligando componentes que exigem altas velocidades, como roteadores, switches, bridges e mainframes. Utiliza um anel duplo, sendo um para back-up no caso de falhas, e o protocolo de acesso Token-Ring. Oferece uma taxa básica de transmissão de 100 Mbps, podendo ser estendida até 200 Mbps, se o segundo anel não estiver sendo usado para back-up.
2.2.1 Token-Ring
A permissão para transmissão é dada através de uma ficha(token), que circula pelo anel. A seqüência para acesso ao meio é predeterminada. Uma estação gera o token que controla o direito à transmissão. Esta ficha circula pelo rede de um nó a outro. Quem deseja transmitir toma posse da ficha, transmite usando um frame FDDI. O cabeçalho deste frame possui o endereço do nó que receberá a mensagem. Cada estação lê o frame verificando se é o receptor. Se não for retransmite o frame à próxima estação. Quando o frame retorna à estação original, esta o retira da rede. O controle de acesso via token possibilita o compartilhamento de banda de maneira eficiente. O formato do quadro FDDI e do TOKEN é mostrado na figura 2.1.
PA SD FC DA SA INFO
FCS ED FS
Bloco de dados(frame FDDI)
PA SD FC ED
Permissão ( Token FDDI)
Figura 2.1 - Formato dos quadros FDDI e TOKEN [1]
Frame FDDI e Token:
PA – Preâmbulo – Precede a transmissão e é usado para sincronismo entre transmissor e o receptor.
SD – Delimitador de início do quadro.
FC – Controle de quadros – Define o tipo de quadro e sua característica.
DA e SA – Endereços de origem e destino.
INFO – Informação.
FCS – Detecção de erro.
ED – Delimitador de fim de quadro.
FS – Indica se a estação de destino reconheceu o endereço, copiou o quadro ou se qualquer estação detectou erro.
2.2.2 FFDI II
É uma rede FDDI com capacidade para serviço isócrono e comutação de circuitos. O chaveamento de circuitos é baseado em ciclos que são gerados a cada 125 µs por uma estação denominada Mestre de Ciclo.
2.3 Fast Ethernet e Gigabit Ethernet
O padrão Ethernet pode oferecer velocidade de 10Mbps ou 100 Mbps, sendo chamado então de Fast Ethernet. Usa CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) como método de acesso, sendo que as estações estão interligadas a um hub, por ligações ponto a ponto. Os hubs fornecem portas operando a 10 e a 100 Mbps, possuindo capacidade para compatibilidade das velocidades de operação de suas portas. O tamanho do bloco de dados Ethernet pode variar de 64 bytes a 1518 bytes (Figura 2.2).
2.3.1 CSMA/CD
Nesta técnica um nó que queira transmitir fica “escutando”, isto é, monitorando o meio, e ao notar uma colisão, aborta a transmissão e espera um tempo aleatório para tentar a retransmissão. Após a transmissão todas as estações concorrem igualmente a próxima oportunidade de transmissão, o que assegura que todos tenham acesso ao canal.
O acesso ao canal compartilhado e determinado pelo MAC ( Medium Access Control) ou controle de acesso ao meio.
8 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 4 Bytes
Preâmbulo Destino Origem Tipo de frame
Dados Controle de erros
Figura 2.2 - Formato do bloco de dados Ethernet [2]
A terceira onda Ethernet é o Gibabit Ethernet, que possibilita a transmissão de dados a uma velocidade de 1 Gbps.
Gigabit Ethernet é totalmente compatível com os dois outros padrões, por que utiliza um protocolo baseado em frames, que têm um tamanho mínimo de 512 bytes. Para fazer a adaptação aos quadros
Ethernet e Fast Ethernet é feita uma adaptação, inserindo-se zeros no final de cada quadro (carrier extension). Como a rede é half-duplex, utiliza o protocolo CSMA/CD para eliminar problemas com colisões. Esse padrão surgiu para concorrer com o ATM pelas aplicações que demandam uma grande largura de banda e assim como o ATM é usado em backbones de campus. O gigabit leva vantagem já que grande parte das LAN`s usam tecnologia Ethernet.
2.4 Redes ATM
É uma tecnologia capaz de suportar diferentes tipos de tráfego, a altas velocidades, compartilhando o meio de transmissão. Utiliza comutação de pacotes e multiplexação estatística de circuitos, onde a banda para a transmissão é alocada conforme a necessidade.
O ATM tem duas formas de conexão: PVC (Permanent Virtual Connection) ou conexão virtual permanente que é estabelecida fisicamente por um gerente de rede que faz a ligação origem-destino programando o VPI (Virtual Path Identifier)/VCI (Virtual Channel Identifier) e SVC (Switched Virtual Connection) ou conexão virtual comutada que é estabelecida dinamicamente e mantida enquanto houver transmissão.
O VPI e o VCI são os campos necessários para o chaveamento das células.
No ATM a informação é enviada em segmentos fixos, chamados de células, que são transmitidas através de conexões com circuitos virtuais e roteados pela rede. A alocação dinâmica favorece a transmissão de um volume dados variável em um determinado instante. Assim que chegam ao seu destino, os dados são reagrupados e decodificados no formato original.
2.4.1 Célula ATM
As células ATM têm tamanho fixo de 53 Bytes, sendo 5 bytes para o cabeçalho, onde estão a identificação da célula, o seu caminho, o tipo de informação e sua prioridade; e 48 bytes para a informação. Com esse tamanho fixo e reduzido para as informações, consegue-se reduzir os valores máximos de atrasos nas filas das aplicações sensíveis a estes tempos.
Não existe controle de erros no campo de informações, já que considera-se que meio proporciona baixo erro de transmissão. Existe, porém, controle da integridade do cabeçalho, os cinco primeiros bytes, já que um erro aqui levaria a um erro de encaminhamento da célula.
Como mostrado o cabeçalho se difere para UNI e NNI (Figura 2.3).
VPI
VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
Dados(48 bytes)
Célula ATM para NNI
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
Dados(48 bytes)
Figura 2.3 - Célula ATM para UNI[2]
O campo GFC (Generic Flow Control) é definido para controle de fluxo genérico.
O campo VPI junto com o VCI formam a identificação do caminho estabelecido dentro da rede.
O campo PT (Payload Type) identifica o tipo de informação, se é de usuário ou de manutenção.
O campo CLP (Cell Loss Priority) indica a prioridade na transmissão em caso de necessidade de descarte da célula.
O campo HEC (Header Error Control) faz a detecção de erros no cabeçalho e o delineamento de células.
2.4.2 Camadas ATM
A fig 2.4 mostra a estruturas das camadas do modelo do ATM.
Fig 2.4 – Camadas ATM
2.4.2.1 Camada física (Physical Layer)
Esta camada tem duas subcamadas : a PM(Physical Medium) e a TM(Transmission Convergence).
A primeira responde pela transmissão das informações vindas da TM para o meio físico, para viabilizar a sincronização entre os circuitos. A segunda trabalha no controle de erros do campo HEC, geração e limitação de células e ajuste de fluxo de células à taxa de transmissão.
2.4.2.2 A camada ATM
Atua na multiplexação e demultiplexação de células para o compartilhamento, geração e remoção de cabeçalho das células, roteamento baseado na informação do cabeçalho e controle do fluxo genérico(GFC).
2.4.2.3 A camada de Adaptação ( AAL – ATM Adaptation Layer)
Esta camada trabalha baseada nos requisitos de cada tipo de tráfego e sua natureza (VBR, CBR) pois ela trata da quebra da informação para sua acomodação na célula e a remontagem do fluxo quando recebe as células. Essa camada permite o uso do ATM com outras tecnologias e aplicações.
2.5 Sinalização e Controle de Tráfego
A sinalização tem como função estabelecimento e rompimento de conexões virtuais, negociar o QoS (Quality of Service) de uma conexão, auxiliar na adição e remoção de conexões em uma chamada. As informações referentes a esta sinalização são transportadas separadas das conexões referentes ao usuário. O plano de controle responde procedimento de sinalização que utiliza a camada ATM para transportar células com informações sobre a sinalização.
2.6 Conclusão
As redes vêm sendo implementadas de forma a prover cada vez mais velocidades maiores, mas certamente nem todas tem as características necessárias às necessidades de transporte de informações multimídia, ficando assim cada uma delas limitadas a determinadas aplicações. Uma exceção é a tecnologia ATM, que vislumbra a capacidade de suportar os requisitos atuais de transporte de dados.
Mas o que dizer dos dispositivos e formas de transmissão wireless, como se dá a transmissão, a que freqüência, que tipo de necessidades atendem? O capítulo seguinte apresenta esses meios de transmissão, mostrando algumas de suas utilizações no mundo das redes integradas.
3.0 Meios de Transmissão não confinados
Entende-se por meios de transmissão não confinados aqueles que provêem comunicação remota sem utilizar meios físicos para a transmissão. Estão nesse grupo os satélites e radiotransmissores.
A grande vantagem deste tipo de transmissão é a sua viabilidade onde é difícil prover um meio físico de conexão, como por exemplo em regiões com acidentes geográficos onde a passagem de fios metálicos ou fibra seria impossível ou em lugares afastados dos centros urbanos; e ainda nas metrópoles, onde a comunicação entre dois edifícios poderia ser inviável devido a saturação da malha infoviária.
Numa rede sem fio, a informação viaja pelo ar em pacotes transmitidos por canais de freqüência que podem variar de KHz a GHz. A velocidades dos dados é de 2 Mbps, 10 Mbps ou mais.
3.1 Radiotransmissores
As ondas eletromagnéticas são usadas largamente para comunicação devido sua facilidade de geração, transmissão, pois penetram facilmente em prédios e assim podem ser usadas tanto em ambientes externos quanto em ambientes fechados. Essas ondas são onidirecionais, isto é, viajam em todas as direções a partir da origem e assim transmissor e receptor não precisam necessariamente estarem alinhados fisicamente.
Figura 3.0 - Comunicação via rádio entre duas redes. [2]
O uso de radiodifusão está voltado para comunicação entre máquinas portáteis e uma rede local, como por exemplo, numa empresa que trabalha com representação comercial, onde cada funcionário faz suas transações remotamente através de laptops, e também, para ligação entre duas redes distantes onde o tráfego é elevado e os meios tradicionais não comportam a largura de banda necessária.
Como as estações usam o mesmo canal para comunicação é necessário que haja um compartilhamento do meio. São usados a Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM), onde o sinal é filtrado de acordo com a banda necessária para sua transmissão e depois modulado de forma a ocupar a sua faixa de freqüência determinada; Multiplexação por Divisão do Tempo (TDM) em que o sinais são transportados por um mesmo meio, distribuindo partes de cada sinal no tempo; e Multiplexação por Divisão de Espaço (SDM), que pode utilizar antenas direcionais, emitindo sinais em alta freqüência concentrados em feixes (microondas), o que permite que uma mesma freqüência possa ser reutilizada desde que os feixes de ondas sejam transmitidos em regiões diferentes do espaço, ou utiliza uma estrutura em célula, onde há uma estação transmissora usando determinada freqüência de forma que o sinal possa ser escutado dentro da própria célula e possivelmente nas vizinhas, mas não em outras células. Isto torna possível a reutilização da mesma freqüência.
A arquitetura usada para as intranets viabilizam comunicação via rádio entre unidades móveis e uma rede fixa através de pontos de acesso(PA). Figura 3.1.
Rede física (LAN)
Fig 3.1 – Topologia de uma WLAN(Wireless Local Area Network)[4]
Os pontos de acesso são estações de rádio montadas em uma posição fixa e conectadas a uma LAN. Esses pontos fazem a comunicação entre os terminais móveis e a rede fixa. É possível também que os terminais móveis comuniquem entre si desde que estejam na mesma área coberta pelo PA(Ponto de Acesso)[3].
O que seduz neste contexto é a facilidade de instalação, baixo custo e manutenção mínima. Hoje o mercado está disponibilizando soluções produtivas e com boa relação custo benefício.
3.1.1 Microondas
As microondas (faixa SHF – Super High Frequency – de 3 GHz a 30 GHz) [2]. Como estas ondas viajam em linha reta, neste tipo de transmissão as duas antenas devem estar apontadas uma para a outra e não deve haver obstáculos entre elas, mas se houver, pode-se usar uma ou mais antenas repetidoras. São usadas nos serviços de telefonia a longa distância, telefones celulares , distribuição por televisão e etc.
Devido a sua alta freqüência, as microondas enfrentam alguns problemas, tais como incapacidade de penetrar em edifícios, interferência climática, sendo absorvidas pela chuva e reflexão nas camadas atmosféricas mais baixas.
3.2 Satélites
As soluções que utilizam satélites são implementadas para interligar pontos por onde um rede terrestre não poderia passar, como em locais longe do centros urbanos ou WAN`s(Wide Area Network). São utilizadas antenas que enviam um sinal ao satélite que então retransmite para o receptor, amplificando o sinal. Uma das vantagens dos satélites é que a comunicação pode ser feita em broadcasting para grandes áreas.
A freqüência de transmissão do satélite pode ser dividida em faixas para transmissão de voz, dados e imagem. Cada faixa possui um transponder, que é um amplificador que trata e converte sinais. Isto é, o transponder capta uma freqüência, amplifica o sinal e o retransmite em outra freqüência a fim de que não ocorra interferência com o sinal de entrada.
A comunicação por satélite pode ser feita ponto-a-ponto, de uma antena para outra ou por difusão, de um ponto para vários receptores.
Os satélites são usados em serviços de comunicação de dados em alta velocidade entre nós de rede internet ou para empresas utilizando a tecnologia SCPC( Single Channel Per Carrier ) e transmitindo dados até 2Mbps; ou utilizando a tecnologia VSAT(Very Small Aperture Terminal) a velocidades baixas (até 64 Kb), interligando, por exemplo, uma matriz a suas filiais. Existem também os serviços de rastreamento e posicionamento GPS(Global Positioning System), onde os satélites emitem sinais que captados por receptores GPS, permitem determinar coordenadas geográficas. Há também os serviços móveis via satélite, que possibilitam comunicação pessoal. Neste serviço é disponibilizada uma rede de satélites que permite comunicação por voz, fax ou dados. E ainda há serviços de transmissão digital para rádios AM e FM.
Os sistemas de satélites se classificam em GEOS (Geostationary Earth Orbiting Satellites) ou Satélites em Órbita Geostacionária, que ficam numa órbita de 36000 Km acima do equador e na mesma velocidade e direção de rotação da terra; MEOS (Medium Earth Orbiting Satellites) ou Satélites em Média Órbita (10000-20000 Km); LEOS (Low Earth Orbiting Satellites) ou Satélites em Baixa Órbita (1000 Km de distância) e LLEOS (Little LEOS) mesma órbita do anterior só que os satélites são de menor tamanho.
3.2.1 Formas de Acesso
Como haverá casos em que os satélites estarão recebendo e transmitindo dados de vários pontos, é necessária a implementação de acesso e compartilhamento que aproveite de melhor forma a largura de banda e a potência do satélite. Nesta questão vai estar envolvido a freqüência utilizada, a forma de modulação dos sinais e o compartilhamento dos transponders.
3.2.1.1 FDMA (Frequency Division Multiple Access)
FDMA ou Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüência divide a faixa de freqüência de um transponder entre vários usuários ou pontos terrestres. Nesta técnica várias antenas transmitem e recebem informações simultaneamente, utilizando freqüências distintas, isto é , cada estação tem uma freqüência para seu uso exclusivo.
3.2.1.2 TDMA( Time Division Multiple Access)
No TDMA ou Acesso Múltiplo por divisão de Tempo a antena terrestre utiliza toda faixa de freqüência no momento que está transmitindo, isto é, todos utilizam a mesma freqüência por um período determinado. Cada espaço de tempo determinado para a transmissão é chamado slot de tempo. Se uma estação tem muita informação a transmitir e o slot é insuficiente, pode-se requisitar slots extras e enviar a informação continuamente. Este método é chamado DA/TDMA ou DAMA (Demand Assignment Multiple Access).
Para estações VSAT com tráfego pesado é usado o PA/TDMA ou PAMA (Permanent Assignment Multiple Access) que provê alocação de slots permanentes.
3.2.1.3 ALOHA/TDMA
Neste método as estações podem transmitir quando quiserem, se houver colisão a estação espera um tempo aleatório e depois retransmite. Este método é indicado onde o tráfego é pequeno e intermitente já que não há controle de colisão.
3.2.1.4 CDMA (Code Division Multiple Access)
CDMA ou Acesso Múltiplo por Divisão de Código permite que todas estações transmitam usando a mesma freqüência , mas misturadas por um algoritmo. É usado a técnica spread spectrum, ou espalhamento espectral, onde o sinal muda de freqüência alternadamente dentro da faixa e é reconhecido através de um código. Essa técnica é melhor utilizada em situações de baixa velocidade e pouca utilização do canal.[2]
O receptor deverá conhecer o código afim de conseguir entender a mensagem. Isto dá uma margem maior de segurança da transmissão, uma vez que só a estação receptora deverá conseguir ler o código de transmissão.
3.2.2 Redes via satélite
O uso da tecnologia dos satélites para atender a requisições de redes corporativas tem se tornado atraente devido à queda de custos dos equipamentos e ao desenvolvimento de tecnologias voltadas para a área. O que atrai numa rede via satélite é a possibilidade de fazer conexões entre vários usuários em pontos remotos e com significativa facilidade, envolvendo a instalação de uma antena e de um equipamento receptor.
Dentro deste contexto VSAT e SCPC são dois tipos de redes via satélite que se diferenciam pelo método de acesso, tipo de tecnologia e aplicação.
VSAT é uma rede de baixa velocidade (até 64 Kbps), utiliza o método de acesso TDMA, é apropriada para baixo volume de dados com arquitetura tipo estrela, onde as estações se comunicam entre si através de uma estação central. Isto significa que o sinal sai da estação remota, vai até a central e de lá para outra estação remota, passando duas vezes pelo satélite. Fig 3.0
A arquitetura é própria para uma rede com muitos pontos remotos, com baixo tráfego e com velocidades abaixo de 64 Kbps.
É adequada para varejistas, pontos de vendas, concessionárias e agências bancárias conectadas a uma matriz central.
SCPC é utilizada onde o tráfego entre as estações é de médio ou alto volume, podendo operar com arquitetura estrela ou malha. O método de acesso é o FDMA e é utilizada uma portadora por canal, cada uma com seu próprio modulador e demodulador.[2] Fig.3.1.
Os meios de transmissão sem fio vêm atender às necessidades que já são bem comum hoje, no que se refere a comunicação : mobilidade e alcance ilimitado. As
especificações e disponibilidade de banda têm sido regulamentadas e dispositivos incrementados de forma a fornecer suporte efetivo nas comunicações wireless.
Utilizando tais concepções várias redes foram e estão sendo implementadas de forma a disponibilizar soluções corporativas e de comunicação pessoal. Os próximos tópicos mostram resumidamente algumas redes e aplicações sem fio.
Host
4.0 Redes Wireless
A necessidade de se comunicar sem ter que se preocupar com a distância, com a segurança dos dados, com a capacidade da transmissão nunca esteve tão em voga como agora. Um dos segmentos que mais se destaca é o da telefonia celular que já abrange e tem se espalhado continuamente, abrindo fronteiras para a comunicação sem limite.
Na figura 4.0 é mostrado várias tecnologias wireless que são dividas em duas categorias de acordo com as suas características de mobilidade : transmissão de dados sobre células, seja analógica ou digital e transmissão de dados sobre redes móveis de dados. A diferença entre estas duas tecnologias é o modo de transporte.
As redes celulares utilizam comutação de circuitos e foram otimizadas para tráfego isócrono, enquanto as redes de dados móveis se utilizam de comutação de pacotes e são ideais para transmissão assíncrona.
Geralmente as WAN se caracterizam pela baixa velocidade ( em torno de 9600 bps), mas com o aparecimento de novos protocolos, velocidades mais altas podem ser atingidas. Por outro lado as LAN`s sem fio, utilizadas em redes privadas, de campus e etc, conseguem alcançar altas velocidades na transmissão de dados ( em torno de Mbps). Para mobilidade local há duas alternativas : a tecnologia cordless e a wireless. O sistema cordless provê serviço de comutação de circuitos enquanto a wireless utiliza comutação de pacotes. Daí conclui-se que há duas tecnologias para transmissão wireless de pacotes : redes móveis, para grandes áreas e baixa velocidade e wireless LAN`s para uso local que suportam altas velocidades.
Aqui será abordado as tecnologias que visam atender às redes sem fios e que vão de encontro às necessidades corporativas surgidas ultimamente. Entre elas: leitura e envio de arquivos remotamente, contatos entre empresa e empregado em qualquer lugar do mundo e...etc.
4.1 Wireless LAN
As redes wireless têm como característica a transmissão de dados através de rádiofrequência ou infravermelho. As estações pertencentes a um rede wireless possuem placas de rede com antenas receptoras por onde recebem os sinais de rádio. O sinal de radiofreqüência fica na faixa de 900 MHz a 6 GHz e o infravermelho em torno de 100 THz [2].
4.1.1 Arquitetura
Existem duas configurações : Ad-Hoc e Estruturada
4.1.1.1 Ad-Hoc
Neste tipo de arquitetura um terminal se comunica com outro, compartilhando o meio, mas sem que um não interfira com qualquer outro em seu raio de alcance. Todos os terminais móveis deverão ser capazes de encaminhar uma ligação, já que, às vezes o terminal receptor não estará no alcance do transmissor, além do que deverá haver um mais terminais no caminho da transmissão, afim de prover essa ligação.
Esse tipo de configuração aumenta a complexidade dos terminais móveis e diminui a sua autonomia, uma vez que, mesmo não transmitindo, os terminais terão de servir de ponte para comunicação com terminais vizinhos.
4.1.1.2 Rede Estruturada
Essa arquitetura á baseada na divisão da área coberta em células ou BSA(Basic Service Area). Dentro destas células, um grupo de estações que se comunicam através de radiodifusão formam um BSS (Basic Service Set). Os BSA`s podem ser interligados através de AP`s(Access Points) a fim de estender a cobertura da rede. Os AP`s são estações de rádio base que capturam as transmissões de uma célula e retransmitem para outra estação localizada em outra célula. O meio de ligação também pode ser fibra ou cabo. Cada estação pode sair do raio de ação de sua célula para outra (hand off) sem perder a comunicação. O tamanho das BSA depende das características dos transmissores e receptores.
Para aumentar o tamanho de redes, alcançando áreas maiores é necessário interligar várias BSA`s através de um sistema de distribuição, que pode ser por meios físicos, via AP`s. Os BSA`s interligados via AP`s configuram uma ESA(Extended Service Area). O conjunto de estações de uma BSS ligados via sistema de distribuição configuram um ESS(Extended Service Set), sendo que cada ESS é identificado por um ESS-ID, onde cada BSS é identificado por um ID. Esse identificadores (ID), formam o Network-ID de uma rede sem fio IEEE 802.11[1]. Os ESS interligados aos BSS formam uma rede local sem fio com infraestrutura, como a mostrada na figura 3.1.
Fig 4.1 – Rede sem fio estruturada
Um exemplo típico disso é um edifício comercial com estações-base posicionadas ao seu redor e interligadas fisicamente. Cada sala pode ser uma célula dependendo do alcance do sinal e o edifício um grande sistema celular. Mas ao contrário do sistema celular para telefonia cada célula terá apenas um canal e utilizará toda a banda( 1 a 2 Mbps).
4.2 Rádio Celular Digital
Uma forma de conectar redes sem fio pode ser apresentada num ambiente distinto do das LANs sem fio e utiliza outro protocolo. Isto é, se baseia na telefonia. Três métodos se encaixam aqui : GSM, CPDP e CDMA[5].
4.2.1 GSM
Criado para usar a banda de 900 MHz, mais tarde passou a 1800MHz, o GSM(Global System for Mobile Communication) tem até 200 canais full-duplex por célula , cada canal consiste em uma freqüência de enlace descendente, da base para as estações móveis, e de uma freqüência das estações móveis para a base. Cada banda tem 200 MHz de largura[5].
Em cada um dos 124 canais de freqüência é possível fazer conexões usando TDM, sendo que para cada estação ativa é atribuído um slot de tempo em um canal. Cada célula pode suportar 992 canais, mas nem todos são usados a fim de evitar conflitos com células vizinhas.
O GSM é baseado em comutação de circuitos e utiliza uma combinação de slotted ALOHA, FDM e
CPDP ou Cellular Digital Packet Data é um sistema baseado em células, consiste em hosts móveis que se comunicam através de estações base. Cada célula utiliza dois canais, um descendente e outro ascendente. O primeiro faz a comunicação da estação base para os hosts móveis, o segundo comunica os hosts com a estação base. Neste sistema é utilizado um mecanismo de acesso chamado DSMA (Digital Sense Multiple Access) muito parecido com o CSMA p-persistente e funciona da seguinte forma :
Quando algum host móvel quer transmitir ele observa se existe um bit de flag no canal descendente informando se o slot atual ascendente está ocupado ou livre. Se estiver ocupado ele espera por um número aleatório de slots e não pelo próximo slot de tempo, e tenta transmitir novamente. Se o canal ascendente ainda estiver ocupado ele espera por um período aleatório maior. Quando encontrar o canal livre vai transmitir seu microbloco. Os microblocos tem 60 bits e são frações de um bloco de 240 bits. Cada microbloco tem uma palavra de flag de 6 bits , que é utilizada para indicar a condição do canal.
4.2.3 CDMA
Conforme já mencionado anteriormente (item 2.2.4), o CDMA consiste em atribuir um código para separar as várias transmissões simultâneas que são feitas usando todo o espectro de freqüência. Utilizando códigos é possível manter terminais em comunicação entre si sem que ocorra interferência e já que ele tem um código próprio não precisa de permissão para transmitir.
4.3 Conclusão
As redes wireless provêm soluções para comunicação pessoal e corporativas usando diversos tipos de tecnologias, cada uma apropriada ao seu tipo de aplicação, mas nenhuma atende especificamente interações multimídia, como é apresentada a rede wireless ATM do próximo capítulo.
5.0 Redes Wireless ATM (WATM)
Como foi visto cada rede de alta velocidade tem suas características que atendem a determinado tipo de transmissão, mas como juntar voz, dados e imagens numa única rede e garantir um serviço com qualidade, com imagem e voz sendo transmitidos em tempo real, sem falhas e sem utilizar meios físicos. Para isso é necessário uma tecnologia que atenda de forma eficiente essa crescente demanda por comunicação móvel e conseqüente integração dos diversos tipos de transmissão. Como foi citado o ATM foi desenvolvido para atender às RDSI e hoje muitas pesquisas têm sido feitas para torná-lo atraente aos
meios de comunicação sem fio. A partir daí surge o WATM prometendo ser o padrão para o futuro do transporte wireless. Este capítulo abordará esta tecnologia de forma a apresentar suas vantagens e desvantagens.
5.1 Arquitetura
A arquitetura é baseada em células, neste caso, pico células, isto é, células de 100 metros de diâmetro. E cada pico células possui sua estação rádio base. As estações base estão conectadas através de uma rede ATM física. Essa conexão via ATM evita que haja necessidade de desenvolver um backbone com throughput suficiente, que viabilize comunicação entre um grande número de pequenas células. Com o tamanho das células reduzido, elimina-se um dos problemas de se construir uma LAN wireless, que é o atraso devido ao número de multicaminhos.
O tamanho reduzido das células traz a vantagem de se aproveitar melhor o rádio espectro, dando flexibilidade na reutilização da freqüência, mas tem o inconveniente de suportar poucas unidades móveis dentro do seu limite e com isso aumentar o handoff .
Os terminais móveis na célula se comunicam com a estação rádio base desta célula e não com os outros terminais móveis. O papel das estações rádio base é fazer a conexão entre LAN ou WAN com as subredes wireless, fazer a transferência e a conversão de pacotes dos terminais móveis para ATM física. Fig 5.0.
Há vários fatores que favorecem o uso do ATM nas PCN (Personal Communication Network) , incluindo o fato do ATM ser uma tecnologia desenvolvida para rede de grande largura de banda e baseada em célula, cujo tamanho é de 53 bytes, sendo 48 bytes para informação e o restante para o cabeçalho onde estão a indicação do caminho e o tipo de informação contido na célula. A vantagem do tamanho único e reduzido das células é a diminuição do tempo de empacotamento, o que leva a um menor atraso na transferência, não comprometendo os sinais de áudio e vídeo. No ATM não há controle de erro nem de fluxo sendo que isto deve ser implementado nas aplicações finais, por isso requer meios de transmissão de baixo índice de erro.
Por ser assíncrono o ATM garante a largura de banda necessária quando requerida, além de suportar tráfego em rajadas ou contínuo. Também suporta serviços fim-a-fim, orientados a conexão, tudo isso na mesma rede.
5.3 Modelo de referência WATM
O modelo proposto pelo grupo de trabalho Wireless ATM é composto de duas partes : O ATM móvel e o acesso wireless (Fig 5.1)
O ATM móvel responde pelo controle e suporte à mobilidade, isto é hand off, localização dos terminais móveis, endereçamento, roteamento e gerenciamento de tráfego. A parte de acesso wireless trata dos protocolos de ligação wireless ATM e é composto pelo nível físico (PHY), controle de acesso ao meio (MAC), controle de ligação dos dados (DLC) e controle dos recursos disponíveis.
5.4 O Acesso wireless
Para suportar a mobilidade, é preciso que novas especificações sejam implementadas para a camada física(PHY), MAC e DLC.
5.4.1 Camada Física (PHY)
A camada física especifica a arquitetura celular: freqüência a ser utilizada, reutilização da freqüência e a dimensão da célula; a modulação; o ritmo binário; o sinal espectral; seleção de códigos; correção de erros.
Pontos chaves quando se fala em tecnologias para a próxima geração de PCN`s são o método de modulação e taxa de transmissão, requerendo para esta camada uma implementação mais flexível, visando acomodações à futuras especificações.
Atualmente as o TDMA e o CDMA coexistem. O CDMA, provê soluções para reutilização de freqüência e acesso múltiplo. Um ponto contra o CDMA é que ele limita a taxa de dados a um valor baixo. O TDMA suporta alta taxa de bits e a implementação é bem conhecida, já que vem sendo utilizada há muito tempo, numa estrutura pico-celular pode alcançar de 8 a 16 Mbps. Sobretudo, com um bom design do nível físico poderia ser possível para macro(5 a 10 Km), micro(0.5 Km) e pico(100 m) células[8]. As especificações requeridas para a camada física são apresentadas na figura 5.2 abaixo.
Fig 5.2 – Requerimentos sugeridos para a camada física (PHY)
5.4.2 Camada MAC
Esta camada coordena o acesso ao meio compartilhado para todos os terminais móveis. A camada MAC é responsável pela ligação ponto a ponto a ser utilizada pelas camadas superiores. Um dos problemas para a comunicação sem fio está justamente em encontrar um método de alta performance para compartilhar o meio. O MAC deve suportar todos os tipos de transmissão (VBR,CBR, ABR,UBR), garantindo a qualidade de serviço.
Resultados sobre a performance do CDMA indica que pacotes CDMA alcançam boa eficiência na multiplexação e performance para CBR e VBR, mas CDMA é limitado a 1 ou menos Mbps a alta velocidade.
TDMA pode ser usado assim como ALOHA, sugerido por pesquisadores para servir como protocolo MAC.
Existem várias propostas de implementação da camada MAC e todos levam em conta uma arquitetura estruturada, já que esta é mais fácil, uma vez que possui um elemento controlador central que pode garantir o acesso ao meio mais bem distribuído. E como é possível a identificação desse elemento central , torna-se mais fácil a interligação com outras redes móveis ou físicas.
Tomando como referência a estação base ou BS(Base Station), temos dois tipos de trama : a UL(UpLink) que é utilizada pelos MT(Mobile Terminal) ou terminais móveis, para se comunicarem com o BS , afim de informar o tamanho de sua fila de espera e para transmitir informação e a DL(DownLink), que transmitem do BS para os MT as informações, além de pedidos de reserva ou de difusão. A separação destas tramas pode ser feita por slots de tempo(MAC em TDD - Time Division Duplex) ou freqüências diferentes(MAC em FDD – Frequency Division Duplex).
A camada MAC controla o acesso por um mecanismo de fila, onde o MAC elemento central, está localizado no BS e a fila nos MT, que se encarregam de avisar o estado de suas filas, como mostra a figura 5.3.
O BS então, através de um algoritmo, trata de organizar a fila de modo que cada MT transmita seus dados sem conflito.
As tramas de UL possuem slots que variam de tamanho. O menor informa ao BS o estado de sua fila e o maior serve para transmissão de dados. O número de slots pode ser grande ou pequeno de acordo com a necessidade da rede.
Pode haver reserva de slots por contenção ou polling. Por contenção significa que todos MT podem transmitir, sendo que um é escolhido aleatoriamente. Mas pode haver colisões. Por polling, cada MT tem o seu slot para transmitir seu pedido de reserva.
O MAC deve gerenciar os diferentes tipos de serviço e garantir QoS. Para isso é preciso distinguir quais das classes de serviço requerem tempo real e quais não. Levando isto em consideração, geralmente aceita-se a seguinte ordem de classificação de prioridades : CBR > VBR > ABR > UBR. Para as classes que requerem tempo real, a prioridade é dada em função do tempo de espera e dos requisitos de Qos, que é definida através de dois parâmetros : atraso máximo e taxa máxima de perda de células. Geralmente usa-se descartar as células após um tempo máximo de espera.
Como exemplos de MAC em FDD, que considera a existência de dois canais, um de DL para o BS e outro de UL para o MT, podemos citar o DSA++(Dynamic Slot Assignment).
O conceito de DSA consiste na existência de um BS e vários MT ao seu alcance, transmitindo de acordo com os requisitos temporais de cada célula. O BS trabalha com a estratégia store-and-forward, recebendo as células e transmitindo posteriormente. O canal é composto por time slots, cada um contendo o tamanho da célula e mais informações de controle. A trama deve ser pequena de maneira a permitir transmissão rápida devido aos requisitos de tempo real. O algoritmo pode ser divido em reserva, atribuição e transmissão. Na reserva cada MT informa o estado de suas filas de espera. Para esta comunicação, existem mini-slots que diminui a ocorrência de erros e favorece o débito binário em caso de colisões. Depois o algoritmo da BS, indica quais slots serão atribuídos a quais MT(UL) e quais reserva para si(DL) e finalmente a BS transmite nos seus slots determinados. A desvantagem deste algoritmo reside no fato de transmissões do BS serem feitas por difusão, por ter configurações de slots na trama, assim como dados da BS. Além do que todos os MT têm de receber a transmissão afim de verificar se não existem mensagem para eles. Fazendo com que não haja uma economia de energia. Por isso foi proposto o DSA++ , que agrupa mensagem de sinalização numa única seqüência DL que é transmitida por difusão, deste modo os slots que se seguem podem ser transmitidos para o MT ao qual se destinam, permitindo que os outros MT fiquem em economia de energia. Entretanto, se a seqüência consecutiva de DL se perder por erros, todos os slots que se seguem serão perdidos.
Outro exemplo é o Packet Reservation Multiple Access With Dynamic Allocation (PRMA/DA). Neste caso os MT passam por um registro antes de obterem transmissão para transmitir. Os pedidos são feitos em slots livres da trama e informam o tipo de serviço, a largura de banda necessária e pode informar também o tamanho da fila de espera. O BS informa depois quais os slots podem ser usados. Sendo que estes slots puderam ser usados enquanto o terminal estiver ativo. O BS distribui os slots de acordo com os pedidos existente e a largura de banda disponível e ainda organiza a trama controlando o número de slots de contenção disponíveis e enviando este número no final da trama. Esse protocolo garante trama para requisitos sensíveis ao tempo e no acesso por contenção poupa largura de banda quando os slots de contenção necessários são reduzidos. A desvantagem que ele apresenta é devido ao atraso que pode ocorrer em caso de colisão, já que a resposta só pode ser enviada na próxima trama DL, além do fato de os slots serem do mesmo tamanho, o que causa um mal aproveitamento da largura de banda.
Ainda como exemplo temos o Dynamic TDMA with PiggyBacked Reservation(DTDMA/PR), onde tem-se mini-slots para reservar o canal e slots do tamanho de uma célula ATM para transmissão de dados.
Tem-se também a trama dividida em subtramas. Uma para reserva de longo prazo e outra para curto prazo. Quando um terminal tem slots na trama de longo prazo, sabe que pode transmitir enquanto tiver pacotes, enquanto que na outra trama, transmite só o tempo necessário para aquele pacote. O tamanho das subtramas depende das características do tráfego.
Antes de transmitir, os MT se registram na BS e quando vai transmitir escolhe um mini-slot e envia sua requisição de reserva em contenção. Depois o BS difunde quais os slots estão reservados aos terminais. Para o tráfego CBR e VBR a reserva é feita na subtrama de longo prazo, enquanto que para ABR, a reserva de slots é feita na trama de curto prazo. Para VBR e CBR existem um mecanismo que descarta pacotes se ultrapassar o tempo máximo de transmissão. O tráfego ABR não utiliza este mecanismo por não ser sensível ao tempo. Ainda para o tráfego VBR existe um mecanismo que sempre que o número de pacotes excede o número de slots, envia o pacote de dados junto com a requisição. Os slots para este pedido são liberados no final da trama atual.
A vantagem deste protocolo é sua grande utilidade para VBR e utilização de mini-slots, mas tem contra, o fato de não atender a todos diferentes requisitos de QoS.
E como exemplos de MAC em TDD, que considera a existência de um único canal, que é partilhado pela BS e os MT através de TDMA, temos o MASCARA ( Mobile Access Scheme Based on Contention and Reservation for ATM), onde a trama de tamanho variável é divida em subtramas. Uma para UL e outra par DL. A trama de DL ainda é divida em dois, uma para cabeçalho que manda informações para os MT e outra para transporte de dados. A trama UL também dividida em dois, tendo uma parte de contenção, para pedido de reserva e a outra para transmissão de informações. Cada trama se inicia com o cabeçalho que contém informações sobre o tamanho da trama, os resultados das requisições e a atribuição dos slots. O comprimento da trama varia com a condição do tráfego.
O protocolo MASCARA trabalha com o conceito de “Cell Train” considerando a transmissão como sendo uma seqüência de pacotes ATM pertencentes a um mesmo MT e com cabeçalho comum de tamanho 53 bytes, o mesmo tamanho para o comprimento dos slots. O comprimento em diferentes períodos é dado em função dos requisitos de transmissão e pedidos de reserva pendentes.
A vantagem é a utilização do Cell Train que reserva múltiplos de 1 slot, e Ter toda a informação sobre a trama no ínicio da mesma, mas tem como inconveniente o fato de não utilizar mini-slots e que a perda do cabeçalho leva a perda da trama inteira.
Exemplificando ainda em TDD, temos o PRMA/ATDD(PRMA with Adaptative Time Division Duplex), com uma trama de tamanho fixo(64 slots), com duas tramas(UL e DL) de tamanho variável. Os slots são pacotes ATM com implementação para serem transmitidos num ambiente wireless. Para sincronização, utiliza-se o primeiro slot da trama e para transmitir informações em broadcast utiliza-se o segundo. O restante é utilizado para comunicação entre o BS e os MT e vice-versa. O BS informa o número de slots na trama DL, as reservas para cada slot e informações de sinalização. Os slots contém um RVCI(Radio Virtual Call Identifier) que identifica o par VPI/VCI para a interface ar. Este RVCI permite no máximo 30 ligações em cada BS, já que possui apenas 5 bits.
Afim de determinar que MT poderá utilizar a próxima trama, é utilizado um protocolo baseado em listas dinâmicas ou estáticas. A lista estática tem os parâmetros atualizados quando acontece uma nova chamada e cada entrada representa uma chamada existente. Cada entrada contém o RVCI, atrasos máximos e ritmo de transmissão máximo. A lista dinâmica informa sobre pacotes ATM em espera, seja na BS ou no MT. Existe ainda duas entidades, uma que gera pacotes de difusão, orientando-se pela lista dinâmica a respeito do tamanho da trama e a atribuição de slots e outra que responde pelas diferentes classes de serviço.
Como vantagem está o fato da trama ter comprimento fixo, suportando CBR e a utilização de um controle para a largura de banda baseado em listas dinâmicas. A desvantagem é que o protocolo BS é muito complexo e também o fato dos slots terem um grande overhead, o que diminui o débito em caso de colisões.
Outro exemplo é o DTDMA/TDD (Dynamic TDMA with Time Division Duplex Protocol), baseado no TDMA/TDD. Possui uma trama de comprimento fixo. O DL se divide em dois. Uma seqüência para controle e sinais de reconhecimento (Acknowledge) e a outra transmitindo dos BS para os MT. A UL está dividida em quatro grupos de slots, os primeiros são mini-slots para pedido de reserva e os outros são para transporte de informações, sendo que há um grupo de alocação dinâmica para ABR e UBR, outro de alocação fixa para VBR e ainda outro para CBR. Mesmo a trama tendo tamanho fixo, as subtramas variam de tamanho em virtude dos diferentes tipos de tráfego.
Os pacotes de controle da trama UL têm 5 bytes para informação e mais 2 para CRC. O pacote de dados tem o tamanho de uma célula ATM, sendo os dois bytes do header substituídos por um header wireless. Esses dois pacotes precisam de preâmbulos de sincronização de 16 bytes. A trama DL já que é transmitida em difusão, precisa apenas de preâmbulo apenas no inicio.
Quando deseja transmitir o móvel envia pedido nos slots de contenção. A resposta vem no início da trama DL. Se o tráfego for CBR, a atribuição é feita uma única vez e os slots ficam reservados enquanto houver transmissão. Para ABR e UBR a alocação é feita trama a trama, mas os slots podem pertencer tanto ao ABR, UBR quanto para CBR ou VBR não utilizados.
Este esquema tem duas partes funcionais o S-MAC ( MAC supervisor) e o C-MAC (Core MAC). O S-MAC escalona os canais UL e DL para todos os tipos de serviço e controla a admissão de chamadas. O C-MAC faz a interface DLC/PHY, multiplexando e demultiplexando de acordo com uma tabela do S-MAC.
A vantagem é a utilização de trama de tamanho fixo (facilita CBB), a existência de mini-slots para informações de controle e a utilização da DLC que complementa as tarefas do MAC. A desvantagem é o aumento do atraso em caso de colisão, uma vez que a resposta ao pedido de transmissão só virá no início da trama seguinte.
5.4.3 Camada DLC
A alta taxa de erros em meios sem fios e os diferentes tamanhos dos pacotes nas WATM , requerem que implementação da camada DLC (Data Link Control) que é responsável pela correção de erros na transmissão antes da célula passar para a camada ATM, suporte detecção do tipo de serviço(CBR,VBR e ABR), controle de erros, segmentação e reajuntamento de células e suporte a handoff.
5.4.4 Camada RRC
A camada RRC (Radio Resource Control) suporta os serviços da camada de acesso wireless e gerencia as funções da camadas PHY, MAC e DLC.
5.5 ATM móvel
Para suportar a mobilidade é necessária uma camada que faça controle dos requerimentos deste tipo de comunicação : handoff, roteamento, ... etc. As funções que definem este controle são chamada de ATM móvel.
5.5.1 Handoff
Quando um estação móvel se conecta a outra através de um circuito virtual, ela pode se deslocar de uma célula para outra. Se não houver canais disponíveis na outra célula poderá haver uma queda da conexão. Então deve haver condições para que a célula atual dê continuidade da comunicação de maneira transparente e sem perda da qualidade.
Para reduzir a probabilidade de queda de conexão têm sido desenvolvidos projetos de alocação de canais que priorizam o handoff : HQS (Handoff Queuing Scheme), onde as chamadas que se originam dentro da célula são bloqueadas se não há canais desocupados. Novas chamadas são possíveis quando há canais disponíveis e nenhum requerimento de handoff na fila. As requisições de handoff ficam em fila no novo BS se não há canais disponíveis na nova célula no momento da chegada, assim que um canal fica liberado ele é cedido à fila de handoff; GCS (Guard Channel Scheme), onde o compartilhamento dos canais é feito entre o handoff e as novas chamadas e reserva exclusivamente um número fixo de canais para handoff e ainda o DCRS (Dynamic Channel Reservation Scheme) que compartilha canais entre novas chamadas e handoff, e reserva canais para o handoff, mas estes também podem ser usados para novas chamadas de acordo com a mobilidade das chamadas e o status da rede.
5.5.2 Gerenciamento de localização
Quando se faz uma conexão entre um terminal móvel a uma estação base é necessário fazer a localização do terminal móvel. Existem dois esquemas de localização : O PNNI (Private Network Node Interface) e o registro de localização.
No primeiro, os switches dentro de sua região têm as informações corretas para encontrar os terminais móveis. Quando uma chamada se origina na região, ele usa estas informações para estabelecer a conexão. Quando a chamada é feita fora desta região a comunicação é estabelecida entre o switch e o “Home Agente” que retorna o endereço do terminal móvel.
Utilizando o registro de localização, uma busca explícita é feita para se estabelecer a conexão, utilizando registros hierárquicos de localização.
5.5.3 Circuito Virtual e Roteamento
Quando temos duas estações conectadas, existe um circuito virtual por onde trafegam os dados e um outro circuito separado que serve para roteamento, então uma estação base wireless terá dois canais virtuais, um para outra estação e outra para o roteador.
Quando um pacote chega na estação base, ele é encaminhado ao circuito que o levará ao destino específico. Usando dois canais não haverá confusão, uma vez que os pacotes de dados trafegam por um circuito, enquanto pacotes para roteamento trafegam pelo circuito destinado a ele, e um nunca usará o canal do outro. Os circuitos pode ter prioridade de modo que os pacotes de roteamento possam ser recebidos e processados mais rapidamente.
O técnica “hop-by-hop” para roteamento de datagramas não é adequado ao meio wireless, uma vez que, cada nó de uma rede wireless deveria guardar a localização de cada sistema móvel para o qual exista um caminho. Isso exigiria uma grande base de dados e também seria impossível manter uma lista de roteamento atualizada e consistente por que existe um grande número de terminais móveis.
Em virtude destes fatores foi proposto um método através do qual um sistema-fim wireless possa ser adicionado a uma rede, causando o mínimo de interferência. Um nó “controlador de móveis” deverá estar presente em cada subrede de uma rede wireless. Cada um destes nós tem seu software de camada de rede e mais uma subcamada adicional que fará o roteamento. Os sistemas móveis são livres para se moverem pelas subnets e um servidor de nomes providenciará as informações de localização quando uma comunicação for iniciada.
Numa WAN o estabelecimento de uma conexão virtual é razoavelmente rápida, mas numa rede wireless, o tempo é bastante longo. Então não é nada prático reestabelecer todos os canais virtuais, quando um terminal se move de uma célula para outra.
Uma solução incrementada utiliza o MSP(Mobily Switching Point), que provê um ponto de roteamento através do qual todos os circuitos virtuais para o móvel são roteados. Do MSP deverá haver um número de estações base potenciais que podem ser usadas para contactar o móvel. Sempre que um caminho virtual está ativo todos os circuitos virtuais associados a ele também estarão, os outros caminhos virtuais estarão latentes.
5.5.4 Endereçamento
Cada terminal móvel tem um nome e um endereço fixo e quando ele passa para outra célula ele recebe um nome temporário, isto é, quando um terminal está transmitindo, o nome dele é passado para o switch que passa para outro switch. Um endereço temporário válido é dado quando o terminal está em roaming . Assim torna-se necessário um mapeamento com o nome do terminal e o endereço temporário dele.
5.5.5 Controle de tráfego e QoS
A mobilidade causa um forte impacto no controle de tráfego e QoS (Quality of Service), no entanto, as especificações ainda estão em fase de definição. E várias propostas podem ser encontradas na literatura especializada.
5. 6 WAND ( Wireless ATM Network Demonstrator)
WAND é um projeto europeu para especificar e implementar acesso wireless a terminais móveis levando em consideração as vantagens do ATM. Usa uma freqüência de 5 GHz com uma taxa de transmissão de 20 Mbps em uma área de 50 metros[7].
Consiste de terminais móveis (MT-Mobile Terminal), switch ATM conectando usuários WAND a uma rede física ATM, como visto na figura 5.4.
A rede WAND se conecta ao backbone ATM através da interface UNI (User-Network Interface). Todas as funções suportadas na UNI são suportadas pela rede WAND.
Quando um terminal móvel quer se comunicar com outro dispositivo da rede, ele usa as funções do plano de controle para criar um novo canal fim-a-fim. Durante o estabelecimento da conexão é criada também uma conexão na interface de rádio. Depois de feita a conexão, o AP transportam as células transparentemente sobre a interface da rádio, apenas mapeando o canal ATM para a conexão rádio.
Uma solução atrativa no cenário wireless é juntar as características de transmissão via satélite às funcionalidades do ATM. Vários estudos e pesquisas têm sido feitos propondo alguns padrões com estas características.
No modelo de referência para satélite over ATM (Figura 5.5) temos : o segmento terrestre que compreende os equipamentos das estações terrestres (antenas, amplificadores, modems, etc), equipamentos específicos para satélite ATM; temos ainda o sistema de satélite (ATM Switching, links intersatélites).
Quando se avalia o uso de satélites como parte da infraestrutura de uma rede ATM é necessário considerar a interoperabilidade do sistema com uma rede terrestre ATM e o serviço de qualidade oferecido pela conexão satélite. Várias organizações e pesquisadores têm desenvolvido projetos que tratam dos padrões satélites para transporte ATM.
5.8 Conclusão
O ATM é a tecnologia que reúne as melhores características para implementação de acesso rápido e com qualidade. Implementar acesso wireless utilizando a capacidade do ATM, tem se tornado um desafio para os pesquisadores. O que temos hoje são várias implementações que tratam de fornecer soluções para a adaptação do ATM ao ambiente sem fio e várias propostas de fornecimento de serviços de alta qualidade. Visto assim o WATM desponta como promessa de tecnologia da terceira geração no cenário das telecomunicações.
A necessidade de agrupar dados de diferentes características em um mesmo canal e ao mesmo tempo proporcionar velocidades de transmissão que garantam alta qualidade, têm levado à implementação de tecnologias que atendam a esses anseios. Com esta perspectiva foram implementadas as redes de alta velocidades. O conceito de rede pública, conhecida por RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) ou ISDN(Integrated Services Digital Network).
Proporcionar conexões com estas características em situações onde os meios físicos de transmissão não sejam viáveis têm mobilizado recursos por parte de pesquisadores e empresas de tecnologia.
O WATM surge com alternativa eficaz para os propósitos de comunicação rápida, multimídia e com qualidade. Mas como as características implementadas inicialmente foram para servir à redes cabeadas, elas não são bem aceitas no meio wireless, o que se tem hoje são várias propostas para implementação de soluções que visam torná-la mais eficiente neste contexto, tanto para LAN`s quanto MAN`s e WAN`s.
Existem cenários vislumbrando toda a capacidade WATM, tais como, vídeo sob demanda, redes wireless
domésticas e acesso à internet através de PC`s, alta qualidade na transmissão de áudio com posicionamento mais flexível dos seus componentes, enfim, qualquer tipo de transmissão que requeira funcionalidade e praticidade. Sem contar, é claro, com implementações para satélite e com as associações tipo IPoATM( IP over Wireless Mobile ATM ).
Sob estas expectativas, conclui-se que o ATM é a tecnologia mais apta a estar dando aporte à demanda por transmissão móvel multimídia.
