QoS em Redes sem Fio nos Padrµes IEEE debora/fsmm/trab-2007-1/   QoS em Redes sem Fio

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Text of QoS em Redes sem Fio nos Padrµes IEEE debora/fsmm/trab-2007-1/   QoS em Redes sem Fio

  • QoS em Redes sem Fio nos Padres IEEE 802

    Eunice da Conceio Vieira Pinto Aguiar

    Departamento de Engenharia de Telecomunicaes Universidade Federal Fluminense (UFF)

    Rua Passo da Ptria, 156 So Domingos CEP 24.210-240 Rio de Janeiro RJ Brasil

    eunice_aguiar@yahoo.com.br;

    Resumo. Este trabalho tem por objetivo pesquisar o modelo de qualidade de

    servio (QoS) aplicado em redes sem fio, Wi-Fi e WiMAX, considerando os

    diversos parmetros necessrios para oferecer melhorias nas redes e ofertas

    de servios multimdia, voz, vdeo e dados, alm do modelo existente de

    melhor esforo, com foco nos padres IEEE 802.11 e 802.16e.

    1. Introduo

    A sofisticao das novas aplicaes multimdia distribudas sugere o alto grau de complexidade exigido dos servios de comunicao e as dificuldades associadas aos projetos dessas aplicaes. Grande parte dessas dificuldades consiste em oferecer servios capazes de manter as caractersticas necessrias a toda a diversidade de tipos de fluxo. Torna-se cada vez mais difcil encontrar uma arquitetura nica, genrica o suficiente para acomodar os diversos servios e adaptaes atravs de simples parametrizaes ou opes pr-definidas.

    A alternativa, recentemente considerada, a definio de modelos nos quais arquiteturas de protocolos e servios podem ser dinamicamente programados ou adaptados ao longo de seu ciclo de vida. Essa adaptabilidade uma caracterstica desejvel tanto para acomodar e absorver os avanos tecnolgicos que acontecem cada vez mais rapidamente, como para permitir a criao de novos servios e aplicaes que apresentam requisitos especficos de QoS (Qualidade de servio). Podemos definir QoS como sendo a percepo que o usurio tem de um servio que prestado. individual, uns podendo ser mais ou menos exigentes.

    QoS especificada atravs de parmetros para tratamento dos fluxos na rede, de forma que todos os elementos sejam coerentes entre si. A percepo do servio pelo cliente e pela prestadora de servios pode ser atravs do tratamento do trfego, com requisitos mnimos para se alcanar a qualidade.

  • Para as redes sem fio, estes parmetros so ainda mais difceis de manter. Tal complexidade se deve a alguns fatores, como qualidade de transmisso do meio sem fio, recursos escassos de largura de banda, variabilidade da qualidade do enlace, mobilidade das estaes, etc.

    Como servios banda larga, podemos dizer de acessos acima de 1,5Mbps, conforme especifica o ITU (International Telecommunication Union). Na recomendao do ITU [E800 94], QoS definida como o efeito conjunto do desempenho do servio que determina o grau de satisfao de um usurio desse servio.

    O desempenho da rede na recomendao ITU [I350 93] medido por meio de parmetros, que so importantes para o operador de rede, e definido independentemente do desempenho dos terminais e aes dos usurios [1].

    O objetivo deste trabalho apresentar uma breve discusso a respeito de Qualidade de Servio em redes sem fio, que devem ser capazes de entregar voz, dados e vdeo sem interrupes, em tecnologias Wi-Fi (Wireless Fidelity) e WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access).

    O restante do texto est organizado da seguinte maneira. A Seo 2 fornece uma viso geral dos padres IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) para redes sem fio. A Seo 3 discute a proviso de QoS nos padres IEEE 802.11 e IEEE 802.16. A Seo 4 faz uma comparao entre eles e a Seo 5 conclui com as consideraes finais.

    2. Padres IEEE 802 para Redes Sem Fio

    Redes sem fio, tambm chamadas redes Wireless, referem-se a um grupo de dispositivos em rede, interligados sem uso de cabos, mas sim atravs de ondas de rdio ou outras formas de ondas eletromagnticas.

    Dentro desta classificao, as duas principais so as WLAN (Wireless Local Area Network) e WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), cujos padres e tecnologias so, respectivamente, Wi-Fi e WiMAX, padronizados pelo IEEE 802.11 e IEEE 802.16 respectivamente. A Figura 1 apresenta os padres IEEE 802 para redes sem fio de acordo com a abrangncia da rede, diferenciando os tipos mais comuns de acesso como: bluetooth, wireless LAN, para redes locais, wireless MAN, para redes metropolitanas e wireless WAN, para redes celulares.

  • Figura 1 Standards separados por abrangncia da rede [2]

    2.1 Tecnologia Wi-Fi

    A tecnologia Wi-Fi (Wireless Fidelity) uma interconexo entre dispositivos sem fio regulamentada pelo IEEE 802.11, que opera em faixas de freqncias que no necessitam de licena para instalao e operao. No Brasil, necessrio atender a regulamentao da ANATEL (Agncia Nacional de Telecomunicaes), rgo regulador do Ministrio das Comunicaes.

    Figura 2 Modelo de Camada Fsica e Enlace 802.11[3]

    Os principais padres da famlia 802.11, como apresentado na Figura 2, so:

    a) IEEE 802.11a para freqncias de 5GHz com capacidade de 54Mbps, 12 canais, modulao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing);

    b) IEEE 802.11b para freqncias de 2,4GHz com capacidade de 11Mbps, DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e modulao CCK (Complementary Code Keying), no necessita de licena (faixa ISM Industrial Scientific and Medical);

    c) 802.11g para freqncias de 2,4GHz com capacidade de 54Mbps. Este padro deve substituir o 802.11b, com modulao OFDM e CCK;

    d) IEEE 802.11e agrega qualidade de servio s redes 802.11

  • Figura 3 Grfico relacionando a taxa de transmisso e alcance [2]

    O grfico acima (Figura 3) relaciona os padres com as suas taxas de transmisso em Mbps e o alcance destas redes.

    Como aplicao, estas redes tm sido utilizadas em instituies de ensino, prdios comerciais, aeroportos, condomnios, etc., cujos principais benefcios so baixo custo e rapidez de instalao. O padro fornece servio de segurana e criptografia atravs dos mtodos de autenticao AP (Access Point) e criptografia WEP (Wired Equivalent Privacy) e WPA(Wi-Fi Protecd Access).

    As redes sem fio IEEE 802.11 so o padro para as redes locais e a maioria dos computadores portteis novos j esto sendo fabricados equipados com interface neste padro. Elementos de uma rede sem fio: estao ou n ou host mvel, que executa as aplicaes; estao base ou base station, que envia pacotes entre as estaes da sua rea e o wireless link, que ligam as estaes mveis estao base. Usam CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance) para acesso mltiplo ao meio, cujo objetivo tentar evitar coliso.

    Figura 4 802.11 LAN arquitetura [4]

    A figura 4 apresenta uma arquitetura da rede com seus elementos, onde o n ou host comunica com a estao base (BS) ou Access Point (AP).

  • Os Hot Spots esto presentes nos centros urbanos em locais pblicos, tais como universidades, aeroportos, hotis, etc, esto mudando o perfil dos usurios de internet.

    O padro se divide em vrias partes (mais de 18), as principais, j citadas, foram aprovadas em 1999, sendo que a 802.11b ganhou mais o mercado pelas interfaces mais baratas. Foi criada a WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), objetivando garantir a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes.

    Figura 5 Formato do quadro IEEE 802.11 [4]

    A figura 5 apresenta o formato do quadro 802.11.

    Cronologia:

    Em 2000 surgiram os hot spots pblicos; em 2001 pesquisadores demonstraram que o protocolo WEP inseguro; em 2002 a WECA passou a chamar WFA (Wi-Fi Alliance) e lanou o protocolo WPA em substituio ao WEP.

    Em 2003 o comit aprovou o padro 802.11g, em substituio ao b, que alcana at 54 Mbps de taxa nominal de transmisso; em 2004 a especificao 802.11i define os procedimentos de autenticao, autorizao e criptografia, aumentando a segurana [5].

    Em 2005 o IEEE lana o 802.11e que define como padro de Qualidade de Servio QoS aplicados a LAN, para o padro Wi-Fi, pois o padro considerado crtico por causa das aplicaes sensveis a delay, como VoIP (Voz sobre IP) e streaming multimdia. O protocolo estende a camada de controle de acesso ao meio (MAC Media Access Control).

    Em 2006 surgiram as implementaes do 802.11n, que usa mltiplas antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output).

    2.2 Tecnologia WiMAX

    O WiMAX uma tecnologia wireless desenvolvida para oferecer acesso banda larga a distncias tpicas de 6 a 9Km. Uma das principais aplicaes a oferta acesso

  • banda larga a internet, desenvolvido visando aplicaes fixas, nmades, portteis e mveis.

    O padro 802.16 tambm conhecido como a interface area da IEEE para Wireless MAN, ou seja, rede metropolitana sem fios. desenvolvido e mantido pelo Working Group on Broadband Wireless Access.

    Cronologia:

    Em 2001 foi criado o padro 802.16 em visada direta, 10 e 66 GHz, at 34Mbps;

    Em 2002 foi criado o 802.16c com interoperabilidade;

    Em 2003 foi criado o 802.16a sem linha de visada direta, 2 e 11GHz at 75Mbps;

    Em 2004 o padro 802.16d (WiMAX fixo) 3,5 e 5,8GHz, modulao OFDM modifica o 802.16a, melhora a interoperabilidade e acrescenta a mobilidade nomndica. Torna obsoleta os padres 802.16a e c. O 802.16d, na verdade no existe como padro, chamado 802.16-2004, mas na literatura encontramos referncia a 802.16REVd ou simplesmente 802.16d.

    Em 2005 o 802.16e suporta handoffs entre clulas e roaming, modulao SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), frequncias 2,3, 2,5, 3,3 e 3,5GHz. Estes padres esto relacionados na Figura 6 a seguir.

    Figura 6 Padres IEEE 802.16

    O WiMAX Forum (Worldwide Interoperability for Microwave Access) uma organizao sem fins lucrativos, formada por fabricantes e tem por objetivo promover as redes sem fio, padronizadas e garantindo a compatibilidade dos equipamentos.

    O WiMAX ir facilitar o desenvolvimento de uma srie de aplicaes wireless boradband, conforme Figu