Wi-MAX
INTRODUCCION:
En los últimos años el incremento de la demanda por acceso de
banda ancha móvil a aplicaciones, servicios multimedia y de internet ha llevado
a crear nuevas tecnologías y arquitecturas de redes para ofrecer mejores
servicios al menor costo posible para operadores y usuarios finales, uno de
estos es WIMAX, Gracias a que este nuevo tipo de tecnología es muy parecido a
Wi-Fi y con la gran ventaja de que tiene un alcance aun mas grande esto es lo
que hace a este tipo de tecnología un buen concursante ante las nuevas
tecnologías celulares otro de los nombres con los que se conoce a WiMAX es como
la tecnologías de última milla.
DIFERENTES TIPOS DE
REDES:
Existe un gran número de redes de transmisión, y muchos
otros aun están en desarrollo estas tecnologías pueden ser distribuidas en
diferentes familias, basándose en una escala como en la siguiente figura,
“figura de huevos”.
Se muestra los diferentes tipos de redes aunque solo son las
más conocidas para cada uno.
Ø
Red de Área
Personal: es usada para comunicar datos entre dispositivos personales, esto
es en un orden de pocos metros por lo regular menos de 10 m, por ejemplo el
Bluetooth.
Ø
Red de
Área Local: se utiliza para interconectar dispositivos como impresoras,
teléfonos, computadora y PDA esta tecnología cubre un área pequeña como una
casa, una compañía y su alcance es del orden de 100m las tecnologías más usadas
en este tipo de red son WIFI y Ethernet.
Ø
Red de
Área Metropolitana: Es una red que puede cubrir varios kilómetros, por lo
general un Campus o una ciudad una tecnología muy usada en este tipo de redes
es FDDI (Fiber-Distributed Data Interface), WiMAX fijo puede entrar en este
tipo de redes.
Ø
Red de
Área Extensa: Este tipo de red como su nombre lo dice cubre una área
extensa del planeta que permite la comunicación entre lugares muy distantes
dentro de este tipo de redes puede entrar la tecnología 3G y WiMAX móvil.
INTRODUCCIÓN A WiMAX
¿Qué
significa WiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access, es decir, Interoperabilidad Mundial
para Acceso con Microondas.
Comenzó a desarrollarse en el año de 1979 en IEEE, en 1980 se
fundó un grupo para el desarrollo de este estándar basándose en las dos capas
más bajas del modelo de referencia OSI (OPEN INTERCONEXION SYSTEM, ) Las cuales
son , Física y Enlace. Dentro de la capa de Enlace se encuentra dividida en dos
las cuales son LLC (Control Lógico de Enlace), MAC (Control de Acceso al Medio).
El IEEE 802.16 fue formalmente aprobado por el IEEE en 2001,
802.16 utilizaba principalmente el espectro de
frecuencias de 10 a 66 GHz y era
aplicable para señales (LOS=propagación por onda directa), con estas
características el estándar no era útil para colocarse en casas debido a los
arboles y tejados.
IEEE 802.16a: la extensión del estándar en esta ocasión se trato principalmente de eliminar
los inconvenientes de la anterior como lo era el inconveniente de que no se
podía utilizar en lugares con árboles o que pudieran evitar la transmisión de
las ondas en una línea de visión directa y esta extensión fue publicada en
abril del 2003, también especifica canales de tamaños que van desde los 1.75 a los 20 MHz, este protocolo soporta aplicaciones
como voz y video (en una velocidad baja).
IEEE 802.16- 2004 revisa y consolida las extensiones
anteriores y demuestra rápidamente que esta tecnología puede jugar un rol muy
importante en las comunicaciones fijas, aunque también se desarrolla la versión
móvil de 802.16 se conoce como WIMAX móvil ó 802.16e.
IEEE 802.16e (WiMAX móvil): esta nueva corrección tiene como
objetivo principal conectar a clientes Móviles a una red MAN, mientras estos
están en movimiento, esto supone dispositivos como smart phones y PDA
(teléfonos inteligentes y asistente personal), también a laptop y notebooks este estándar trabaja en las bandas
de frecuencia de 2.3 y 2.5GHz.
IEEE 802.16 tiene como principalmente objetivo proveer Acceso
inalámbrico de banda ancha (BWA) y esta puede considerarse como una de las principales alternativas para las soluciones de las tecnologías alambricas
como lo es un Línea de abonado digital (xDLS), La principal ventaja es el
rápido despliegue que resulta en costos bajos, y la instalación puede beneficiar
a una multitud en áreas como lo son las
ciudades y áreas rurales donde no hay infraestructura cableada.
El estándar IEEE 802.16 provee el acceso a la red a través
de radio, la banda de frecuencia soportada por el estándar cubre de 2 a 66 GHZ.
En teoría, el estándar IEEE 802.16 conocido como WiMAX, es capaz de cubrir un
rango de 50 KM con una velocidad de transferencia de 75 Mb/s, sin embargo en
palabras reales la velocidad obtenida de WiMAX es cerca de 12 Mb/s con un rango
de 20 Km. El WiMAX con acceso fijo opera en la licencia de bandas de 2.5 GHz a
3.5 GHZ y sin permiso para la banda de 5.8GHz.
TOPOLOGIAS DE WiMAX
El estándar IEEE 802.16 define dos posibles topologías de
red
1.- PMP
(Point-to-Multipoint “punto multipunto”)
2.- Topoligia de malla
La principal diferencia entre estas dos topologías es que en
la topología PMP el trafico solo puede ser entre la estación base (BS) y el
subscriptor, mientras que la topología de malla el trafico puede ser dirigido
entre los subscriptores sin pasar por la estación base, la topología de PMP es
una topología centralista donde el centro del sistema es la estación base,
mientras que la topología de malla no lo es. En la topología de malla cada
elemento es un nodo (cada subscriptor es
un nodo).
En la topología de malla cada subscriptor puede crea su
propia comunicación con alguna otra estación de la red y esta no restringe la comunicación únicamente con
estaciones base, así que esta es una gran ventaja.
La primera red WiMAX fue desplegada principalmente para la
topología PMP, aunque para el año 2006 aun no se certificaba la topología de
malla.
PROTOCOLOS.
El estándar de IEEE 802.16 se baso en el Modelo de
referencia OSI de 7 capas que se puede ver a continuación.
La capa física se encarga de hacer la conexión física entre
los dispositivos (comunicarlos), mientras que la capa MAC es la responsable de
establecer y mantener la conexión.
El estándar IEEE 802.16 especifica la interfaz de aire para
el caso de WiMAX-Fijo el cual soporta servicio multimedia, la capa MAC soporta
la arquitectura punto-multipunto (PMP) con una topología de malla opcional, la
capa MAC está diseñada para soportar muchos estándares pero en WiMAX solo son usados dos.
Las capas de IEEE
802.16 se muestran a continuación.
Como se menciono y se ve en la figura el estándar IEEE
802.16 define únicamente dos capas del modelo OSI las cuales son las más bajas
que son física y la MAC que es la parte principal de la capa de enlace.
La capa MAC en si consta de tres subcapas.
Ø
CS: subcapa de convergencia
Ø
CPS: subcapa de parte común
Ø
y la capa de Seguridad
La capa CS utiliza
los servicios proporcionados por el CPS (subcapa de parte comun) a través del
punto de Servicio de acceso MAC (SAP), y realiza las siguientes funciones.
·
Acepta las capas superiores, de la presente
versión podrían ser en ATM (Modo de transferencia Asíncrono) o IP (protocolo de internet) este ultimo en las
versiones que en este momento están disponibles las cuales son IPv4 e IPv6.
·
Clasificar los identificadores de Conexión esta
es una función básica de la QoS (calidad de Servicio).
·
Procesar (si se requiere) las capas superiores.
·
Una función opcional del CS es la supresión de
cabecera de carga, esto es el proceso de quitar la información repetida.
Esta parte del el centro de la
capa MAC. CPS representa el núcleo del protocolo MAC y este es responsable de.
·
La asignación del ancho de banda.
·
Establecimiento de conexión
·
Mantener la conexión entre los dos anteriores.
- CAPA DE SEGURIDAD:
La capa MAC también contiene
partes separadas de seguridad que proveen de autentificación, integridad,
llaves, encriptación y control a través del sistema. Las dos principales son la
encriptación y la autentificación, los algoritmos que provee debe de prevenir
cualquier ataque a la seguridad.
LA CAPA FÍSICA:
Usa modulación digital
gracias a su mejor resistencia al ruido y a los algoritmos de codificación.
- TIPOS DE MODULACIONES:
Cuatro tipos de modulaciones son las soportadas por 802.16
las cuales son
BPSK: Phase Shift
Keying (modulación por desplazamiento de fase).
QPSK:Quadrature Phase-shift
keying
16-QAM: por
16 estados
64-QAM : por 64 estados
WIMAX es un sistema que transmite a alta velocidad a través
del aire (radio), la capa física (PHY) establece la conexión física entre los
dispositivos en ocasiones en dos direcciones de subida y de bajada (uplink and downlink).
802.16 es tecnología Digital, la capa se encarga de transmitir la secuencia de
los bits esto es definir el tipo de señal a usar, el tipo de modulación y
demodulación la potencia de transmisión y también otras características.
Como sabemos la banda de frecuencias es desde 2 a 66 GHz y
esta se divide en dos partes.
·
El primer rango está entre 2 y 11 GHz y está
destinada para NLOS (este es el único rango presente en estos momentos para WiMAX).
·
El segundo rango es entre 11 a 66 GHz y está
destinada para LOS pero no está en uso para WiMAX.
Cinco interfaces físicas son definidas en el estándar 802.16
·
WirelessMAN-SC (conocido como SC) ---- 10 -66
GHz
·
WirelessMAN-SCa (conocido como SCa) --- Menor de
11 GHz
·
WirelessMAN-OFDM (conocido como OFDM) --- Menor
de 11 GHz
·
WirelessMAN-OFDMA (conocido como OFDMA) ---
Menor de 11GHz
·
WirelessHUMAN
--- Menor de 11 GHz
Los estándares requieren de mecanismos Dinámicos de
Selección de Frecuencias (DFS), para facilitar la detección, evitar la
interferencia de otros usuarios.
ADAPTACION DE ENLACE:
Tener más de una modulación es una ventaja ya que se puede adaptar
a diferentes circunstancias y el principio es muy simple, cuando el enlace de
radio es bueno (Se está cerca de la estación base) la modulación es de un alto
nivel y cuando el enlace de radio es malo la modulación es de bajo nivel.
SOLUCIONES MÓVILES
En el caso de IEEE 802.16e provee las capas físicas y MAC
únicamente para soportar la entrega, esto es diferente a la familia 3G de los
estándares que proveen una arquitectura completa que incluye administración de
los subscriptores y la totalidad de las redes. Mientras que el estándar IEEE
802.16 para en la capa 2, esto también significa que la entrega es hecha entre estaciones bases
contiguas y no está provisto para operación entre dominios.
En la comunicación de banda ancha inalámbrica, la calidad de
servicio QoS es un importante elemento a tomar en cuenta, El estándar WiMAX
está diseñado para proveer QoS a través
de la clasificación de diferentes tipos de conexiones. El estándar debe también
de conectar a usuarios móviles y garantizar un nivel de QoS seguro.
Sectorización:
Una estación base representa un gran costo para un operador de red. En lugar de
tener un lugar por célula (con antenas sectoriales) que es el caso más común,
se tienen tres lugares (con antenas omnidireccionales) como se muestra a
continuación.
- Consideración del tamaño del grupo (cluster), Las redes celulares están basadas en un principio simple sin embargo estas necesitan una planificación alta para tener una gran capacidad y una gran calidad. Esta planificación es hecha con software sofisticado y muchas otras herramientas.
La interferencia debe de mantener en un mínimo y es por esto
que se debe de calcular muy bien las células vecinas para saber las frecuencias
de reuso que se pueden utilizar cada cierta distancia.
El tamaño del cluster es definido como el número mínimo de
células utilizando una frecuencia cada una, en el caso del sistema GSM el
tamaño de frecuencias tomado por un closter es de 12, 9.
Mientras que en WiMAX el tamaño de closter es de 1 a 3 por
lo regular gracias al tamaño que cubre WiMAX.
- Handover (moverse entre celulas):
a veces llamado handoff se trata cuando un usuario móvil
esta en movimiento y cambia de célula sin interrumpir la sesión (servicio),
esto se hace cuando la calidad de servicio es optima para poder hacer el cambio
