Redes WiMAX

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WiMAX
Lucas Augusto Scotta Merlo
scotta@inf.ufes.br
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 !!!(cont.)2.3 EMBRATEL lança seu serviço de WiMAX !!!(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 de
Canais
LOS NLOS NLOS
Taxa de
Transmissão
32 - 134 Mbps em
canalização de 28 MHz
Até 75 Mbps em
canalização de 20 MHz
Até 15 Mbps em
canalização de 5 Mhz
Modulação QPSK, 16 QAM e 64
QAM
OFDM 256sub-
portadoras QPSK, 16
QAM, 64 QAM
Mesma modulacão do
802.16a
Larguras de Banda
dos Canais
20, 25 e 28 MHZ Entre 1,5 e 20 MHz Mesma largura do
802.16a com sub-canais
UL
Tipos FIXO NOMÁDICO MÓVEL
Raio Típico da
Célula
N/D De 13km a 16km,
dependendo da banda
de frequência utilizada
(5.8Ghz - 3.5Ghz)
De 6,5km a 8km,
dependendo da banda
de frequência utilizada
(5.8Ghz - 3.5Ghz)
4. WiMAX & WiFi combined usage to extend coverage
WiMAX
Base Station
WiMAX
indoor coverage
WiMAX
outdoor coverage
WiMAX SS
with WiFi
Dedicated WiMAX SS
WiMAX SS
with WiFi
WiFi for extending coverage
1xEV-DV
1xEV-DO
HSDPA
EDGE
 
GSM/GPRS
WCDMA
CDMA2000 1x
Flarion
IEEE 802.16d 
C
hannel
B
andw
idth
200KHz
5Mhz
1.25 MHz
1.25 MHz
Peak
bit-rate
D
L 
160 kbps
Peak
B
it-rate
U
L
FD
D
/TD
D
-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
Standards
com
pliant
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.
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