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A Revolução WIRELESS

Wireless é o termo utilizado para diferentes formas de transmissão de dados através de ondas de rádio. Nos últimos 15 anos, houve uma evolução jamais vista na utilização desta tecnologia sendo suas principais aplicações a telefonia celular e acesso à Internet. Atualmente existem mais de 2 bilhões de usuários wireless no mundo. Esse mercado tem estimulado empresas e pesquisadores a desenvolver tecnologias wireless cada vez mais rápidas e confiáveis. Nos últimos 5 anos a velocidade dos equipamentos WLAN utilizados para acesso Internet foi multiplicada por 100.

 

O padrão IEEE 802.16 desenvolvido pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), define uma camada física para sistemas em operação nas bandas entre 10 e 66GHz, foi completado o padrão em outubro de 2001 e relatado em abril de 2002, e tem como finalidade especificar uma interface sem fio para redes metropolitanas (WMAN). O Comitê 802 do IEEE, (Institute of Electrical and Electronics Engineers) dos Estados Unidos, desenvolveu e publicou uma série de normas para redes locais (LANs) e Metropolitanas (MANs) que foram adotadas mundialmente inclusive pela ISO (International Organization for Standardization)(FIGUEIREDO 2008).

 

As desenvolvidas pelo IEEE para o padrão 802.16 é ilustrada na figura 10, conforme o padrão OSI.

 

Figura 10: Pilha de protocolos.

Fonte: FIGUEIREDO 2008.

 

Protocolos 802.16

 

Os protocolos apresentados no padrão IEEE 802.16 podem ser classificados, no modelo OSI, nos níveis: Usuário, Controle e Gerência. Conforme a figura 11, é possível notar que existem 2 camadas, MAC (Medium Access Control – Controle de Acesso ao Meio) e PHY (Physical Layer – Camada Física), onde a camada MAC possui três sub-camadas, CS (Service-Specific Convergence Sublayer – Sub-camada de Convergência Específica), CPS (Common Part Sublayer – Sub-camada de Convergência Comum) e Sub-camada de Segurança (Security Sublayer).

 

Figura 11: Pilha de protocolos do IEEE 802.16.

 

Essas camadas têm as seguintes funções:

  • Subcamada de convergência: Transformação ou mapeamento de dados da rede externa em SDU’s (Service Data Unit) MAC (Oferece suporte a ATM – Asynchronous Transfer Mode e protocolos baseados em pacotes);

  • Parte Comum da Subcamada MAC: Funcionalidade do núcleo MAC do sistema de acesso, alocação de largura de banda, estabelecimento e manutenção de conexão;

  • Subcamada de Privacidade: Troca de chaves seguras, criptografia e autenticação;

  • Camada Física (PHY): Apresenta diversas especificações, onde cada uma delas é apropriada a uma dada faixa de freqüência.

Na camada MAC, dependendo da demanda dos assinantes, é alocado pelas estações base à banda necessária nos canais de Uplink e Downlink, utilizando a camada física que se adapte a faixa de freqüência de uso (LIMA 2008).

 

Camada Física

 

A camada física contém a região física que provê características mecânicas, elétricas, funcionais e procedimentais para ativar, manter e desativar conexões físicas para transmissão de bits entre entidades da camada de enlace.

 

Uma rede sem fio de banda larga necessita de mais espectro do que as bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) podem oferecer. Isso determinou a escolha da banda entre 10 e 66 GHz para a operação do padrão IEEE 802.16. As microondas nesta faixa de freqüências se difundem em linha reta, de maneira semelhante à luz, fazendo com que seja necessária à propagação com linha de visada (Line Of Sight ou LOS).

 

Foi projetado o padrão para alcançar até 50 km de cobertura, para padrões mais robustos na modulação e transmissão com linha visada. Diferente resultado disto é que as microondas podem ser reunidas em feixes direcionais, desta forma, uma mesma estação base pode direcionar várias antenas para diferentes setores com grande independência.

 

Em razão das grandes distâncias cobertas por uma rede metropolitana, a potência recebida na estação base pode mudar expressivamente de estação para estação, fazendo com que a relação sinal/ruído atenue. Por isso, são utilizados três esquemas de modulação diversos, dependendo da extensão entre o assinante e a estação base: o QAM-64 (6 bits/baud); o QAM-16 (4 bits/baud); e o QPSK (2 bits/baud).

 

A conseqüência da utilização de distintos esquemas de modulação é a extensão do alcance do serviço ao valor de uma taxa de dados mais baixa. A figura 12 mostra a faixa de atuação dos três esquemas.

 

Figura 12: QAM-64, QAM-16, QPSK.

 

A multiplexação dos sinais emitidos da estação base para o assinante é realizada por TDM (Time Division Multiplexing) e o acesso dos assinantes à estação base é por TDMA (Time Division Multiple Access).

 

Para que seja aceitável colocar a banda de modo flexível, são usados dois tipos de multiplexação: a FDD (Frequency Division Duplexing) e a TDD (Time Division Duplexing). Na inicial, o uplink e o downlink estão em canais separados, podendo operar simultaneamente, enquanto que, no segundo, o canal é dividido, não permitindo a transmissão simultânea(LIMA 2008).

 

Enquanto o TDD utiliza somente um canal de radiofreqüência, o FDD (Frequency Division Duplexing) utiliza dois canais, sendo utilizado o mesmo na multiplexação do sistema WiMax.

 

Na TDD, a estação base transmite quadros periodicamente. Os quadros são formados porslots de tempo, sendo que os primeiros destinam-se ao tráfego downstream. Antes dos slotspara tráfego upstream, a um tempo de proteção, durante o qual as estações comutam o sentido. A figura 13 mostra o quadro de slots TDD.

 

Figura 13: Quadros e slots de tempo para TDD.

Fonte: VASQUES 2008.

 

Para uma transmissão de voz, o tráfego é simétrico, mas para a Internet o trafego downstream é maior que o upstream. Havendo uma maior eficiência e aplicação da transmissão, quanto ao número de slots alterado dinamicamente.

 

Camada de Enlace

 

A camada de enlace tem como objetivo detectar e opcionalmente corrigir os erros que porventura ocorram no nível físico durante a transmissão de bits. Sendo responsável por implementar o método de acesso ao meio, delimitar a estrutura de quadro de enlace e reconhecer os endereços físicos MAC.

 

A camada de enlace de dados é analisada em três subcamadas. A subcamada de segurança é responsável pela autenticação, criptografia, decriptografia e gerenciamento de chaves. A subcamada MAC domina os principais protocolos, como o de controle de canais. A subcamada de convergência de serviços específicos define a interface para a camada de rede.

 

Subcamada MAC

 

A Camada de controle de acesso ao meio (MAC) encontra-se divida em três subcamadas no WiMax:

  • CPS (Common Part Sublayer): é a que promove a função de acesso do sistema. A manutenção e estabelecimento da conexão e a alocação de banda. Onde estão concentradas

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