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WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - IEEE 802.16 - Camadas Física e MAC

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.

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  1. 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

  2. Introdução • Worldwide Interoperability for Microwave Access • Interface sem-fio para WMAN

  3. Introdução • WiMax Forum • Certifica conformidade com IEEE 802.16 • Promove interoperabilidade • Promove a tecnologia

  4. Introdução • Histórico IEEE 802.16 • 1999 – Criação do BWA Working Group • 2001 – Primeira versão e três emendas • 2001 – Formado WiMax Fórum • 2003 – IEEE802.16REVd • 2004 – Conclusão do projeto • 200? – IEEE 802.16e

  5. 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)

  6. Camada Física • Blocos FEC (Forward Error Correction) de tamanho fixo • Slots físicos • 4 símbolos QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

  7. Camada Física • SC (Single Carrier) • Portadora única • 10 Ghz a 66 Ghz • Comunicação em linha de visada • Antenas direcionais • QPSK, 16-QAM (opcional no uplink) e 64-QAM (opcional) • Robustez e eficiência

  8. Camada Física • SC (Single Carrier) • Divisão entre sub-quadros de downlink e uplink • FDD( Frequency Division Duplexing ) • Frequências diferentes

  9. Camada Física • SC (Single Carrier) • TDD (Time Division Duplexing) • Momentos diferentes • Possibilidade de divisão desigual

  10. 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)

  11. 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

  12. 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

  13. Camada Física • SC (Single Carrier) • TC (transmission convergence) • Presente nos sub-quadros de downlink e uplink • Transformar PDUs da MAC em blocos FEC

  14. Camada Física • SCa (Single Carrier a) • Portadora única • Similar ao SC • Freqüências abaixo de 11 GHz • Transmissão sem linha de visada • FDD ou TDD • Downlink TDM ou TDMA • Uplink TDM • Spread BPSK, BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM e 256-QAM (opcional)

  15. Camada Física • OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) • Multiplexação por frequências • Freqüências abaixo de 11 GHz • FTT (Fast Fourier Transform) com 256 portadoras • BPSK, QPSK com mapeamento de Gray, 16-QAM e 64-QAM (opcional) • FDD ou TDD (obrigatório para bandas não licenciadas)

  16. Camada Física • OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) • Sinal no domínio do tempo • Cópia do final do símbolo (Tg) em seu início

  17. 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

  18. Camada Física • OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) • Multiplexação por frequências • Freqüências abaixo de 11 GHz • FTT 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

  19. Camada Física • OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) • Domínio do tempo • Semelhante ao OFDM • Domínio das freqüências • Divisão em sub-canais

  20. MAC

  21. MAC • PDU

  22. MAC • PDU

  23. MAC • Suporte a PHY • Subcamada de convergência • Otimização RLC (Radio Link Control) • Escolha do perfil de tráfego • RNG-REQ e RNG-REP

  24. MAC • Permissões para requisição de banda • GPC (Grant per Connection) • GPSS (Grant per Subscriber Station) • Autonomia na Instalação

  25. Segurança • Subcamada de Segurança • Privacidade, autenticação e autorização • Vulnerabilidades eliminadas no novo padrão • Adição do AES • Associações de segurança • Mantêm o estado de segurança de uma conexão • Primárias, estáticas ou dinâmicas • SAID (Security Association Identifier )

  26. Segurança • PKM (Private Key Management) • Sincronização de dados de chaves • Certificados X.509 • Fabricante e estação cliente específica • Criptografia RSA

  27. 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

  28. Segurança • PKM (Private Key Management) • Ataques de estações base piratas • A estação base não é autenticada • Resposta construída com informações públicas

  29. Segurança • TEKs (Traffic Encryption Keys) • Chaves de encriptação de tráfego • Duas 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 )

  30. Conclusão • WiMax é realidade fora do Brasil Extraído de http://www.towerstream.com/

  31. Conclusão • WiMax é realidade no Brasil Extraído de http://www.rnp.br/

  32. 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?

  33. 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

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