Leonardo Roveda Faganello Lucas Bondan

1. Introdução à redes sem fio inteligentes:Aula 3: Plataformas de HardwareCurso de ExtensãoSemana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013 Leonardo RovedaFaganello Lucas Bondan (lrfaganello@inf.ufrgs.br) (lbondan@inf.ufrgs.br)

2. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

3. Relembrando... • Conceito de Rádio Cognitivo (RC) • Acesso oportunista ao espectro • Quatro funções básicas • Sensoriamento • Decisão • Compartilhamento • Mobilidade • Como deve ser o hardware para suportar este conceito? Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

4. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

5. Conceitos Básicos Transmissor Codificação Entrelaçamento Modulação Filtragem D/A • Comunicação via Rádio Frequência (RF) ∑ Canal Receptor Codificação Entrelaçamento Modulação Filtragem A/D Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

6. Conceitos Básicos • Comunicação via RF restrita a cada dispositivo • Frequência de operação determinada ainda na fase de projeto • Ex.: telefone celular Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

7. Conceitos Básicos • Tecnologias de comunicação evoluíram • Dispositivos agora utilizam diferentes tecnologias/frequências • 3G • Wi-Fi • Bluetooth • NFC • LTE (4G) Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

8. Conceitos Básicos • Deficiência: • Hardware dedicado à cada tecnologia • Dispositivos devem ser configurados manualmente para cada conexão Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

9. Conceitos Básicos • Tendência: • Arquiteturas para múltiplas frequências • Hardware deve suportar essa adaptatividade, tornando o rádio inteligente ou cognitivo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

10. Conceitos Básicos • Importância das Arquiteturas • Os dispositivos devem se adaptar às mudanças • É necessário que os dispositivos aprendam com o passado • A implementação do conceito de Rádio Cognitivo demanda software e hardware Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

11. Conceitos Básicos • Software Defined Radio (SDR) • Interface de rádio flexível, implementada tanto em software quanto em hardware • Permite a implementação do handoff espectral Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

12. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

13. Plataformas de Hardware • Exemplos de plataformas que suportam SDR • SPEAKEasy • Sora • Flex 6700 • Zeus ZS-1 • USRP Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

14. Plataformas de Hardware • SPEAKEasy – U.S. Air Force (1990-1999) • Primeira plataforma de hardware para uso de SDR • Objetivo inicial (Fase 1) era um rádio que pudesse operar de 2 MHz até 2 GHz • Entrou em produção (Fase 2) operando entre 4 MHz e 400 MHz • Primeiro projeto a utilizar FPGA para processamento digital de rádio Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

15. Plataformas de Hardware • Sora – Microsoft (2009) • Plataforma desenvolvida para uso acadêmico • Promete alto desempenho (SDR) e flexibilidade (arquitetura PC) • Interface PCIe • Pouca documentação Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

16. Plataformas de Hardware • Flex-6700 – Flex-Radio (2012) • Processador RISC: 1.4 Ghz ARM Cortex • Memória: 512 MB 1.33 Ghz DDR3 • FPGA Xilinx XC6VLX130T • Interface Ethernet 1 Gbps, 2 x USB2.0 • Faixa de operação: • Transmissão: 100 kHz-77 MHz e 135 MHz-165 MHz • Recepção: 30 kHz-77 MHz e 135 MHz-165 MHz Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

17. Plataformas de Hardware • Zeus ZS-1 – SSB-Eletronic (2013) • Faixa de operação: • Transceiver: 3 MHz até 30 MHz (Banda HF) • Receiver: 300 kHz até 30 MHz • Software Zeus Radio – específico para o ZS-01 • Interface USB 2.0 Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

18. Plataformas de Hardware • Universal Software Radio Peripheral (USRP) • Permite que computadores de propósito geral sejam utilizados como plataformas de hardware para SDR • Placa-mãe possui uma FPGA Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

19. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

20. Arquiteturas Software Communications Architecture(SCA) • Desenvolvida pelo Departamento de Defesa dos EUA • Independência de hardware • Reuso de software A1 A2 A3 A4 A5 Middleware CORBA SCA FC SO e Pilhas de Protocolos Módulos de Suporteao Hardware Hardware Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

21. Arquiteturas Software Communications Architecture(SCA) • Framework Central: Gerenciador de Dispositivos Sistemas de Arquivos Gerenciador de Domínios Dispositivos Gerenciador de Aplicações Aplicações Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

22. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

23. USRP N210 Características • Conversores A/D de 14 bits e D/A de 16 bits • Amostragens de até 25 MHz • Suporte a MIMO • Compatibilidade para sincronismo via osciladores externos • Pode ser utilizado em qualquer rede de Rádio Cognitivo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

24. USRP N210 Funcionamento Giga Ethernet PlacaFilha de Transmissão A/D D/A FPGA A/D D/A PlacaFilha de Transmissão PlacaFilha de Recepção A/D D/A A/D D/A PlacaFilha de Recepção Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

25. USRP N210 Placas Filhas Basic TX 1 – 250MHz Basic RX 1 – 250MHz RX/TX 900 750 – 1050 MHz RX/TX 1800 1.5 – 2.1 GHz RX/TX 2400 2.3 – 2.9 GHz Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

26. USRP N210 Antenas 400 MHz – 1 GHz 5-6 dBi Tri-band 144 MHz, 400 MHz e 1200 MHz Omni 850 MHz – 6.5 GHz 5-6 dBi Quad-band 824 – 960 MHz e 1710 – 1990 MHz Omni - 3dBi Dual Band 2.4 - 2.48 GHz e 4.9 - 5.9 GHz Omni – 3 dBi Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

27. USRP N210 Cabo MIMO Nosso periféricos Loop Back cable kit RX/TX  50 MHz -2.2 GHz RX/TX  400 MHz – 4400 MHz Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

28. USRP N210 • Interfaces de comunicação • Interface Giga Ethernet para comunicação com o PC • Porta de expansão para operação MIMO MIMO Giga Ethernet Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

29. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

30. Futuro dos Dispositivos • Curto Prazo • Maior flexibilidade para programação dos dispositivos • FPGA acessível • Independência de hardware auxiliar • Médio-longo prazo • Ampla faixa de frequências em um único dispositivo • Sistema em um único chip (SoC) Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

31. Agenda • Conceitos Básicos • Plataformas de Hardware • Arquiteturas • USRP N210 • Futuro dos Dispositivos • Resumo Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

32. Resumo • Arquiteturastradicionais dificultam a implementação de RCs • Novas arquiteturas buscam prover funcionalidades necessárias para RC • Ex.: USRP N210 • Futuramente espera-se que os dispositivos possam ser ainda mais cognitivos Semana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013

33. Obrigado!Perguntas? Lucas Bondan lbondan@inf.ufrgs.br Leonardo RovedaFaganello lrfaganello@inf.ufrgs.br http://networks.inf.ufrgs.br/dcg Curso de ExtensãoSemana Acadêmica 2013-1Porto Alegre, 20 a 24 de maio de 2013