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Agenda
1) Conceito de Wimax.2) Oportunidades de Negócio.
1) Suporte a 3G e 4G.2) TV Digital.3) Outros segmentos.
3) Arquitetura do Wimax.1) Overview da Arquitetura da camada MAC.2) Visão Geral do Wimax.
4) Caso de uso.5) Comparação.6) Desafios.
Redes sem Fio e Serviços
1. O que é Wimax?
Worldwide Interoperability for Microwave Access.
“WiMAX é a coisa mais importante desde o advento da própria Internet”, Intel.
Baseada em padrão global, o IEEE 802.16. Visa solucionar o problema da última milha. Diminui o investimento em infra-estrutura de
alto custo, comparada com a telefonia. Modulação dinâmica adaptativa (QPSK e QAM),
baseada na qualidade do link. Topologia: Point-to-Multipoint (PMP) e Mesh.
1. O que é Wimax? (cont.)
Espectro: de 2 a 11 Ghz ou de 10 – 66 GHz. Opera similar ao Wi-Fi, porém com uma
velocidade maior de transmissão, sobre uma distância maior e para um número maior de usuários.
70 Mbps contra 54 Mbps do Wi-Fi. A grande diferença está no alcance:
Aproximadamente 300m Wi-Fi X 50 Km WiMAX
1.1 O padrão IEEE 802.16
Define a comunicação sem fio entre a BS e uma ou mais SSs servindo a usuários domésticos ou comerciais.
Alternativa às tecnologias tradicionais como DSL e cabo:
Viabilidade técnica. Custo de implantação.
PMP ou Mesh. TDD ou FDD. 1ª versão: 2001
O Wimax Móvel está sendo desenvolvido para ser uma solução de banda larga para a convergência das redes fixas e móveis, oferecendo: Altas taxas de transmissão; Escalabilidade; Qualidade de Serviço; Segurança; Mobilidade.
1.2 O padrão IEEE 802.16e Wimax Móvel
Tem como principais características técnicas: Uso OFDMA; MIMO (Multiple Input Multiple Output); Tamanho de canal escalável; Escalonamento seletivo de freqüência;
1.2 O padrão IEEE 802.16e Wimax Móvel
2. Oportunidades de Negócio.
Novas demandas, novos serviços. Acessar informações e serviços a qualquer momento
e qualquer lugar. Aumento na demanda de Internet banda larga. Queda no custo das tecnologias wireless. Potencial do padrão IEEE 802.16:
Especifica o que fazer; Deixa em aberto como fazer;
2.1 Suporte a 3G e 4G 3G – voz + dados de até 2 Mpbs
Média de 144 Kbps a 384 Kbps em movimento. 2 Ghz – freqüência saturada. Prevê uma convergência das comunicações:
Múltiplos Serviços. Múltiplas Células. O sistema 3G são dotados de núcleo IP desenvolvido
para transportar informações do tipo multimídia em altas velocidades e ainda prover QoS.
QoS: problema: taxas variadas com a grande variedade de tipos de serviços com requisitos diferentes.
3,5G. O HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) é uma tecnologia 3,5G que permite taxas entre 8 e 10 Mbps por terminal de usuário.
2.1 Suporte a 3G e 4G (cont.)
4G – voz + Rede Móvel Multimídia; Anytime, anywhere, anyone; Provê suporte a uma plataforma multimídia com
alta taxa ( 100Mbps). Suporte a mobilidade global. Soluções integradas com wireless. WiMAX: um dos pilares da 4G;
Suporte a QoS e mobilidade são fundamentais em redes móveis multimídia;
Maior área de cobertura; Imunidade a Interferência com o OFDM; Conectividade com o IP; Interoperabilidade com outras tecnologias, através do IP;
2.2 DTV
High Definition. Multiprogramação. Dados. Interação com o usuário. Middleware Ginga. Como prover largura de banda, interação e
QoS?
2.2 DTV (cont.)
SBTVD – Sistema Brasileiro de Televisão Digital
2.3 Outros Segmentos
Mobilidade Corporativa “É quando uma empresa implanta uma estrutura WiMAX somente para ela, para
poder fornecer acesso aos seus funcionários dentro da área de cobertura da antena“.
Campus Networking; Building to Building Connection; Backhaul de Wi-Fi e VoiP; ??? Surveillance; ??? Backhaul de Mesh Technology; ??? Soluções de Atendimento Móveis; Governo em geral (p. ex., Inclusão Digital); Prefeituras e Comunidades: Cidades Digitais e Hotzones; Serviços Especiais (p. ex., soluções de Wireless POS para o segmento financeiro); Futuro com WiMAX Móvel: várias soluções explorando a mobilidade.
Aplicações Multimídia Voz, Dados, MMS. Internet móvel pelas operadoras de telefonia movél.
2.3 Mobilidade nos Processos Críticos das Corporações (cont.)
2.3 EMBRATEL lança seu serviço de WiMAX !!!2.3 EMBRATEL lança seu serviço de WiMAX !!!(cont.)(cont.) A EMBRATEL anunciou sua rede WiMAX no início de Abril de 2008 para atender 12 capitais. As primeiras a terem a oferta dos novos serviços são Brasília, São Paulo, Rio de janeiro, Belém, Belo Horizonte, Curitiba, Fortaleza, Goiânia, Porto Alegre, Recife, Salvador e São Luis;
O projeto prevê que, até o fim de 2008, a rede WiMAX chegue a 61 cidades no Brasil;
Apenas nessa primeira etapa, a empresa investiu R$ 175 milhões em infra-estrutura.
Escolha tecnológica: WiMAX Móvel (802.16e) com produtos Alvarion (ERB) e Motorola (CPE);
A EMBRATEL vai oferecer 03 pacotes para as pequenas e médias empresas: (1) com duas linhas telefônicas e velocidade de conexão de 512 kbps, a R$ 129 por mês; (2) com quatro linhas e velocidade de 1 Mbps, a R$ 189 por mês; e (3) com quatro linhas e 2 Mbps de velocidade, a R$ 199 por mês.
3. Arquitetura do Wimax
Camada física (PHY). Camada de acesso ao meio (MAC). A subcamada MAC encontra-se dividida em três
subcamadas: subcamada de Convergência de Serviços (CS), subcamada de Parte Comum (CPS) subcamada de Privacidade (PS).
3.1 Camadas
Física: São especificados o espectro de freqüência, o esquema de modulação, as técnicas de correção de erros, a sincronização entre transmissor e receptor, a taxa de dados e a estrutura de multiplexação.
MAC: São especificadas as funções associadas aos serviços oferecidos aos usuários, que incluem a transmissão de dados em quadros e o controle do acesso ao meio sem fio compartilhado.
3.2 Camada MAC A camada MAC é orientada a conexão. Define como e quando a estação base ou os
assinantes podem iniciar a transmissão no canal.
A subcamada de Convergência de Serviços (CS) é responsável por mapear os dados provenientes da camada mais alta em fluxos de serviço e conexões na camada MAC. Subcamadas específicas de serviço:
convergência ATM e convergência de pacotes.
3.2 Camada MAC (cont).
A subcamada de Parte Comum fornece funções de acesso ao sistema, de alocação de largura de banda, e de estabelecimento, manutenção e término da conexão.
Nessa subcamada estão presentes mecanismos para requisitar largura de banda, associar parâmetros de QoS e de tráfego, e encaminhar os dados para a subcamada de convergência apropriada.
3.2 Camada MAC (cont).
A subcamada de Segurança é a responsável por garantir a privacidade dos dados através de criptografia, autenticidade dos dispositivos e gerenciamentos de chaves de tráfego.
3.2 Camadas MAC (cont.).
3.2 Camada MAC (cont). O MAC PDU é a unidade de dados responsável
pela troca de informações entre as camadas MAC da estação base e da estação cliente.
3.3 Visão Geral
3.3 Visão Geral (cont.)
Legenda:
LOS – Linha de Visada
NLOS – Sem Linha de Visada
OFDM – Modulação por Divisão de Freqüência Ortogonal
QPSK – Modulação por Mudança de Fase
QAM – Modulação por Quadratura de Amplitude
802.16 802.16a / d 802.16e
Espectro 10 - 66 GHz 2 - 11 GHz 2 - 6 GHz
Condições deCanais
LOS NLOS NLOS
Taxa deTransmissão
32 - 134 Mbps emcanalização de 28 MHz
Até 75 Mbps emcanalização de 20 MHz
Até 15 Mbps emcanalização de 5 Mhz
Modulação QPSK, 16 QAM e 64QAM
OFDM 256 sub-portadoras QPSK, 16QAM, 64 QAM
Mesma modulacão do802.16a
Larguras de Bandados Canais
20, 25 e 28 MHZ Entre 1,5 e 20 MHz Mesma largura do802.16a com sub-canaisUL
Tipos FIXO NOMÁDICO MÓVEL
Raio Típico daCélula
N/D De 13km a 16km,dependendo da bandade frequência utilizada(5.8Ghz - 3.5Ghz)
De 6,5km a 8km,dependendo da bandade frequência utilizada(5.8Ghz - 3.5Ghz)
4. WiMAX & WiFi combined usage to extend coverage
WiMAXBase Station
WiMAXindoor coverage
WiMAXoutdoor coverage
WiMAX SSwith WiFi
Dedicated WiMAX SS
WiMAX SSwith WiFi
WiFi for extending coverage
1xEV-DV
1xEV-DO
HSDPA
EDGE
GSM/GPRS
WCDMA
CDMA2000 1x
Flarion
IEEE 802.16d
Ch
ann
el
Ban
dw
idth
200KHz
5Mhz
1.25 MHz
1.25 MHz
Pea
kb
it-rateD
L
160 kbps
Pea
kB
it-rateU
L
FD
D/T
DD
-20 MHz
480 kbps
2 Mbps
14.4 Mbps
640 kbps
3.1 Mbps
3.1 Mbps
- 75 Mbps
3.2 Mbps
160 kbps
480 kbps
2 Mbps
7.68 Mbps
450 kbps
1.8 Mbps
1.8 Mbps
- 75 Mbps
900 kbps
FDD
FDD/TDD
FDD
FDD
FDD
FDD
FDD/TDD
FDD
FDD
Stan
dard
sco
mp
liant
3GPP
_
5. Comparação: Peak Bit Rates Comparison
3GPP
3GPP
3GPP
3GPP2
3GPP2
3GPP2
IEEE
6. Desafios:
Transmissão da DTV sobre WiMAX? Garantia de QoS em serviços interativos. Segurança em Sistemas Embarcados:
Middleware. Rede Celular e WiMAX:
Negociações de QoS, handoff, segurança e mobilidade;
Convergência com outras tecnologias.
6. Desafios (cont.) Segurança:
Autenticação: Certificados X.509 Criptografia: DES em CBC (Cipher Block Chaining) e a AES Problemas:
SS não autentica BS. Necessidade de autenticação mútua. SS não sabe se BS é falso ou não.
Quebra da chave DES CBC (64 bits) Tempo de vida da TEK padrão = 12 horas. A 6.36Mbps/s atinge-se um tempo de 12 horas. Tempo de vida da chave vs. Taxa de transmissão.
Falta de definições explicitas pelo padrão. Métodos de geração de chaves (AK e TEK).
Protocolo vulnerável a ataques de replay.
6. Desafios (cont.)
Novos Serviços sobre Redes Mesh: Telefonia IP. Transmissão de Vídeo. Necessita de QoS para garantir qualidade na
transmissão de pacotes de voz e vídeo.
Referências
WiMAX Fórum. Intel. Mini-curso Redes WiMAX: Arquitetura,
Protocolos,Segurança e QoS no 26º Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos. RJ, maio de 2008.
www.gta.ufrj.br/grad/06_1/wimax/ - WiMAX, IEEE 802.16 - Camadas Física e MAC – UFRJ. Acesso junho de 2008.
Grupo de discussões de DTV na UFRJ e UNICAMP. Grupo de Pesquisa Wimax – PPGEE – UFES.
Obrigado!
Evolução da Telefonia Móvel Evolução da Telefonia Móvel
OFDM: 1ª Contribuição do WiMAX Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) is based upon the idea of frequency-division multiplexing (FDM), sending multiple signals at different frequencies; An OFDM baseband signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers.
OFDM spaces multiple carriers very close together (until they actually overlap).
By finding frequencies that are orthogonal, or perpendicular in a mathematical sense, they can overlap without interfering with each other.
By removing guard bands, more space is available for data. It is also able to overcome multipath and frequency-selective fading due to its parallel nature.
MIMO: 2ª Contribuição do WiMAX MIMO (multiple-input, multiple-output), is an advanced antenna technology that can carry 4 to 5 times more data traffic than today’s most advanced UMTS-HSDPA-ready (3G) networks;
A network design incorporating MIMO technology provides the scalability needed to quickly deliver multimedia content to the mass market. With MIMO, for example, a ½ megabit picture can be downloaded in a half second or a 30-megabit video in half a minute; MIMO works by creating multiple parallel data streams between the multiple transmit and receive antennas;
Using the multi-path phenomenon, it can differentiate the separate signal paths from each MIMO antenna.
4G: Mobile Evolution4G: Mobile Evolution
Rede de WiMAX
1.1 O padrão IEEE 802.16 Define diversas mensagens de controle:
Requisição de banda. Alocação do quadro TDD.
Construção e transmissão de PDUs MAC: Concatenação: PDUs em rajada. Fragmentação: divisão das SDUs entre PDUs. Empacotamento: várias SDUs ou fragmentos em
uma única PDU.
