WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

- IEEE 802.16 -

Camadas Física e MAC

Pedro Miguel Esposito

Rafael Barbosa Zuquim Antas

Trabalho de Redes de Computadores I - EEL 878

Professor Otto Carlos Muniz Bandeira Duarte

Introdução

Worldwide Interoperability for Microwave AccessInterface sem-fio para WMAN

Introdução

WiMax ForumCertifica conformidade com IEEE 802.16 Promove interoperabilidadePromove a tecnologia

Introdução

Histórico IEEE 802.161999 – Criação do BWA Working Group2001 – Primeira versão e três emendas2001 – Formado WiMax Fórum2003 – IEEE802.16REVd2004 – Conclusão do projeto200? – IEEE 802.16e

Camada Física Padrões

SC e SCa (Single Carrier) OFDM e OFDMA (Orthogonal frequency-division

multiplexing)

Modulações BPSK e Spread BPSK (Binary Phase-Shift Keying)

• constelação de 2 símbolos QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) e QPSK com

mapeamento de Gray• constelação de 4 símbolos

16/64/256-QAM (State Quadrature Amplitude Modulation)

Camada Física

Blocos FEC (Forward Error Correction) de tamanho fixo

Slots físicos 4 símbolos QAM (Quadrature Amplitude

Modulation)

Camada Física

SC (Single Carrier)Portadora única10 Ghz a 66 GhzComunicação em linha de visadaAntenas direcionaisQPSK, 16-QAM (opcional no uplink) e 64-

QAM (opcional) • Robustez e eficiência

Camada Física

SC (Single Carrier)Divisão entre sub-quadros de downlink e

uplink• FDD( Frequency Division Duplexing )

• Frequências diferentes

Camada Física

SC (Single Carrier)• TDD (Time Division Duplexing)

• Momentos diferentes• Possibilidade de divisão desigual

Camada Física

SC (Single Carrier)Sub-quadro de downlink TDD

• Preâmbulo para sincronização e uniformização• Seção de controle com DL-MAP e UL-MAP • Seções TDM divididas por modulação • Intervalo TTG (transmit/receive transition gap)

Camada Física

SC (Single Carrier)Sub-quadro de downlink FDD

• Mesmo princípio do TDD• Seção TDMA (Time-Division Multiple Access)

• Decodificação de regiões específicas• Transmissão antes de receber o sub-quadro completo

Camada Física

SC (Single Carrier)Subquadro de uplink

• Transmissão TDMA• Número variável de PDUs• Espaço reservado para primeiro acesso e

requisitos de banda• SSTGs e TTG

Camada Física

SC (Single Carrier)TC (transmission convergence)

• Presente nos sub-quadros de downlink e uplink• Transformar PDUs da MAC em blocos FEC

Camada Física

SCa (Single Carrier a)Portadora únicaSimilar ao SCFreqüências abaixo de 11 GHzTransmissão sem linha de visadaFDD ou TDDDownlink TDM ou TDMAUplink TDMSpread BPSK, BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-

QAM e 256-QAM (opcional)

Camada Física

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)Multiplexação por frequênciasFreqüências abaixo de 11 GHzFTT (Fast Fourier Transform) com 256

portadorasBPSK, QPSK com mapeamento de Gray, 16-

QAM e 64-QAM (opcional)FDD ou TDD (obrigatório para bandas não

licenciadas)

Camada Física

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)Sinal no domínio do tempo

• Cópia do final do símbolo (Tg) em seu início

Camada Física

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)Sinal no domínio das frequências

• Sub-portadoras de dados• Sub-portadoras piloto• Sub-portadoras nulas

• DC, inativas, bandas guarda

Camada Física

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)Multiplexação por frequênciasFreqüências abaixo de 11 GHzFTT com 2048 e 4096 portadoras Modulações QPSK com mapeamento de

Gray, 16-QAM e 64-QAM (opcional) FDD ou TDD (obrigatório para bandas não

licenciadas)• Estações cliente podem ser H-FDD

Camada Física

OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)Domínio do tempo

• Semelhante ao OFDM

Domínio das freqüências• Divisão em sub-canais

MAC

MAC

PDU

MAC

PDU

MAC

Suporte a PHYSubcamada de convergência

Otimização RLC (Radio Link Control)Escolha do perfil de tráfego

• RNG-REQ e RNG-REP

MAC

Permissões para requisição de bandaGPC (Grant per Connection)GPSS (Grant per Subscriber Station)

Autonomia na Instalação

Segurança

Subcamada de Segurança Privacidade, autenticação e autorização Vulnerabilidades eliminadas no novo padrão

Adição do AESAssociações de segurança

• Mantêm o estado de segurança de uma conexão• Primárias, estáticas ou dinâmicas• SAID (Security Association Identifier )

Segurança

PKM (Private Key Management)Sincronização de dados de chavesCertificados X.509

• Fabricante e estação cliente específica

Criptografia RSA

Segurança

PKM (Private Key Management)Primeira mensagem (cliente para base)

• Envio do certificado do fabricante

Segunda mensagem (cliente para base)• Envio do certificado da estação cliente• SAID primário• Algoritmos de criptografia suportados

Terceira mensagem (base para cliente)• Cria uma associação de segurança • Chave de autorização encriptada

Segurança

PKM (Private Key Management)Ataques de estações base piratas

• A estação base não é autenticada• Resposta construída com informações públicas

Segurança

TEKs (Traffic Encryption Keys)Chaves de encriptação de tráfegoDuas ativas a cada momento para cada SAID

• Mais antiga expira na metade da vida da mais recente

Criptografia de dados• DES (Data Encryption Standard) em modo CBC

(Cipher-Block Chaining) • AES (Advanced Encryption Standard) em modo

CCM (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code )

Conclusão

WiMax é realidade fora do Brasil

Extraído de http://www.towerstream.com/

Conclusão

WiMax é realidade no Brasil

Extraído de http://www.rnp.br/

Perguntas 1 - Por que não se pode dizer que os padrões

IEEE 802.11 e IEEE 802.16 são concorrentes diretos?

2 - Qual a diferença fundamental dos padrões OFDM e OFDMA?

3 - Qual a função da mensagem DL-MAP? 4 - Na MAC a verificação de erros com o uso do

campo CRC é opcional. Por que, mesmo optando por não usá-la, a comunicação pelo IEEE 802.16 ainda é confiável?

5 - Por que cada associação de segurança possui sempre 2 chaves TEK em um mesmo instante de tempo?

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