RED29004-2014-2-Seminario-WiMax

De MediaWiki do Campus São José
Ir para: navegação, pesquisa

Introdução

O presente trabalho relata sobre uma tecnologia de rede sem fio de longo alcance. Conhecida comercialmente como WIMAX, o conjunto de padrões 802.16 do IEEE (Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos) define a tecnologia. Esta foi amplamente comentada no século passado como uma promessa para o futuro, compondo áreas ainda não exploradas e aplicações que prometiam banda largas como ADSL ou via cabo pelo ar, sem a necessidade de fios até o assinante.

Optamos por dissertar sobre este tema devido a presença desta tecnologia no Câmpus São José do IFSC, onde é utilizado como backup da conexão de fibra do POP-São José com a Universidade Federal de Santa Catarina.

Esta aplicação, de certa forma simples porém muito útil, gerou uma curiosidade e nos motivou a querer saber mais sobre o funcionamento e outras implementações da tecnologia. O motivo de uma tecnologia aparentemente muito interessante ainda não ter decolado foi fundamental na escolha do tema.

Ressaltamos como objetivos dissertar sobre os temas a cerca da tecnologia WIMAX, dentre estes conhecer as aplicações, o funcionamento, as características comerciais bem como a sua evolução e aceitação no mercado.

Fundamentação Teórica

Logo WIMAX 802.16

O WIMAX, nome comercial para IEEE 802.16, é uma tecnologia wireless desenvolvida para oferecer acesso banda larga a distâncias, típicas de 6 a 9 Km, permitindo assim substituir as tecnologias de acesso de banda larga por cabo e ADSL. A sigla vem de Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidade mundial para acesso por micro-ondas). Algumas bibliografias tratam do WIMAX como uma rede sem fio metropolitana (WAN, ou Wide Area Network).

O 802.16 é semelhante ao 802.11 (Wi-Fi) com a exceção de que oferece acesso de alta velocidade, banda larga numa área muito mais ampla. Esta velocidade de acesso é semelhante às conexões de DSL e cabo quando conectado diretamente a um notebook habilitado com WiMAX. As redes WiMAX são menos susceptíveis à interferência que o Wi-Fi. O WiMAX não vai substituir o Wi-Fi, mas sim preencher as lacunas entre pontos de conexão ("hot spots") e estender o acesso à Internet a qualquer lugar. A idéia é que “O WiMAX fará para o acesso à Internet de banda larga o que o telefone celular fez pelo serviço telefônico: dar acesso à Internet quando você está em trânsito”.

Topologia Wimax

WIMAX 802.16

WIMAX Fórum

Logo Wimax Fórum

O WIMAX Fórum, formado em 2001, www.wimaxforum.org, é uma organização sem fins lucrativos, formada por empresas fabricantes de equipamentos e de componentes, sendo o equivalente, ao Wi-Fi Alliance, responsável pelo grande desenvolvimento e sucesso do Wi-Fi em todo o mundo. O objetivo da criação deste Fórum é promover a conformidade e a interoperabilidade dos padrão IEEE 802.16, ou seja promover em larga escala a utilização de redes ponto multiponto, operando em freqüências entre 2GHz e 11GHz. Ele define "profiles" baseados nas especificações que são usados nos testes de conformidade e interoperabilidade, viabilizando assim a produção em massa com baixos custos dos equipamentos que adotarem este padrão.

O Fórum pretende motivar um mercado de Acesso Broadband mais competitivo, através de um conjunto mínimo de especificações de performance da interface aérea entre os produtos dos diversos fabricantes, certificando os produtos que atendem a estas especificações. Para os operadores de rede, esta interoperabilidade entre equipamentos significa a não dependência de um fornecedor para o desenvolvimento de sua rede. Para os fabricantes de equipamentos significa menos tipos diferentes de produtos a desenvolver e a produzir.Para os Fabricantes de componentes, significa uma escala de produção muito maior. Para o usuário final significa acessos Broadband mais velozes e mais baratos.

As principais empresas participantes do Fórum são denominadas como membros conselheiros, no entanto, como dito anteriormente, este é formado por inúmeras.

Membros Conselheiros

Demais empresas participantes:

Advantech AMT l AirXstream l Analog Devices l Arris l AT&T l Axxcelera Broadband Wireless l Bandai Wireless l BeamReach Networks l Comtech AHA l Covad l CTS Communications Components l Cushcraft Corporation l Daintree Networks Inc. l Elcotez l Engim l Filtronics l First Avenue Networks l Gradiente Electronica S.A. l Inphi Corporation l Intracom l K&L Microwave l KarlNet l L3 PrimeWave l Micom Labs l MTI l M-Web l NextWave Telecom l NextNet Wirelss l Nozema l Orthogon Systems l Pronto Networks l PCCW l picoChip l Radwin l Remec l SGS l Siemens Mobile l Unwired Australia l Vcom l Vyyo l ZTE Corporation

Características Técnicas

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 2 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) conforme podemos observar na imagem abaixo:

Padrões Globais de rede Sem Fio


O WiMAX foi desenvolvido visando as seguintes aplicações:

  • Wimax Fixo: As estações terminais podem ser nômades (mobilidade restrita). O local onde está colocada a estação terminal pode variar dentro da célula, mas ela está parada quando em operação.
  • Wimax Móvel: A rede WiMAX é formada por um conjunto de células e os terminais são portáteis e móveis como no celular. É possível trocar de célula durante a comunicação (handover).

A exemplo do que ocorre no celular o WIMAX é implantado em células. Da estação base é possível a transmissão para uma estação terminal que fornece acesso a uma rede local (WiFi por exemplo) ou diretamente até os dispositivos dos usuários.

Esquemacelulawimax.png

Como observa-se na próxima ilustração o 802.16 situasse nas camadas de enlace de dados e física. Também é descrito quais serviços e protocolos são implementados em cada uma das duas camadas para o padrão.

Wimax na pilha de protocolos OSI

Os protocolos apresentados no padrão IEEE 802.16 podem ser classificados, no modelo OSI, nos níveis: Usuário, Controle e Gerência. Conforme abaixo 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).

Pilha de protocolos 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.


Podemos observar que o WIMAX pode ser implementado em diversas frequências, a tabela a seguir relata características de cada implementação.

Tabela de diferentes aplicações de frequências

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 abaixo mostra a faixa de atuação dos três esquemas.

Alcancedoserviço.png

Com o esquema de modulação robusto, o WIMAX entrega elevadas taxas de throughput com longo alcance e uma grande eficiência espectral e que é também tolerante às reflexões de sinais. A velocidade de transmissão dos dados varia entre 1 Mbps e 75 Mbps, dependendo das condições de propagação, sendo que raio típico de uma célula WIMAX é de 6 Km a 9 Km.

Aplicação

O WIMAX pode ser usado no desenvolvimento de uma série de aplicações de Wireless Broadband, conforme a figura que segue:


Aplicacoes2wimax.png


Estas aplicações são possíveis pelas seguintes características do WIMAX:

  • Fornecimento de link de dados de NxE1 (com garantia de banda).
  • Fornecimento de link de dados de fração de E1 (com garantia de banda).
  • Fornecimento de link de dados em um padrão equivalente ao ADSL /Cable Modem.
  • Portabilidade, isto é, o usuário pode transportar sua CPE (customer premise equipment) e utilizar o serviço em local diferente do usual.
  • Instalação da CPE no modo plug and play.
  • Cobertura sem linha de visada.

Versões 802.16

Ao longo dos anos, desde sua primeira versão em 2001, o WIMAX teve diversas atualizações e versões. As novas versões geralmente são motivadas com o intuito de acrescentar funcionalidades, corrigir problemas ou adequar à inovações tecnológicas. A tabela a seguir compõe as versões atuais vigentes do 802.16:

Tavelaversoeswimax.png

É interessante ressaltar que existem muitas outras versões que constam como substituídas, descontinuadas ou ultrapassadas.

WIMAX no Brasil

Em parceria com universidades, instituições e governos, a Intel liderou testes de WiMAX no Brasil, desde 2004, nas cidades de Brasília (DF), Ouro Preto (MG), Mangaratiba (RJ), Parintins(AM) e, mais recentemente, Belo Horizonte (MG).

A Intel executou em Minas Gerais - nas cidades de Belo Horizonte e Ouro Preto - uma bateria de testes satisfatória, tendo sido considerada uma "prova de fogo" devido ao relevo montanhoso dessas cidades. Um dos experimentos realizados foi a instalação de uma antena WiMAX em um furgão Volkswagen Kombi equipado com três computadores, na cidade de Ouro Preto. A Kombi manteve-se estacionada na Praça Tiradentes, principal praça da cidade, e permitiu-se que várias pessoas adentrassem o veículo e acessassem a Internet. Os resultados obtidos indicaram grande sucesso do experimento, uma vez que a BSU (unidade de emissão do sinal) foi instalada na Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), a uma distância considerável da praça, para a qual não possui vista. Porém, esses estão desligados há quase 1 ano por falta de assistência dos executores do projeto.

Um serviço WiMAX da Embratel, fornecido de 2008 a 2010 para pequenas e médias empresas, consistia em oferecer banda larga e telefonia Voip sem a necessidade de provedor de acesso nem de linha telefônica convencional. Ele esteve presente nas principais capitais brasileiras (Belém, Belo Horizonte, Brasília, Curitiba, Fortaleza, Goiânia, Porto Alegre, Recife, Rio de Janeiro, Salvador, São Luís e São Paulo), com previsão de ampliação. Foi também disponibilizado comercialmente pela empresa serviço WiMAX residencial . No entanto, a partir de 2010 foram suspensas novas ofertas, apenas mantendo os serviços ora contratados ou substituindo-os por outras soluções (em grande parte devido à mudança de foco da empresa, após a aquisição da NET).

Brasil Telecom, Vivo, Telefônica e várias outras empresas haviam anunciado, publicamente, planos de implementação do WiMAX no Brasil. Esperava-se que fosse utilizada essa tecnologia para acesso comum à internet móvel, de maneira análoga ao uso das redes de celular tradicionais, porém com um salto de qualidade em relação às tecnologias de Terceira Geração (3G), não obteve grande adesão, conforme será visto na próxima secção do trabalho.

As redes WiMAX têm a promessa de permitir comunicação corporativa entre as instituições públicas, ao mesmo tempo em que podem ser usadas como Backhaul para redes Wi-Fi de acesso público à Internet banda larga. A empresa Wixx, em Brasília (DF), fornece conectividade WiMAX comercialmente, em planos de 1mbps a 6mbps16 para o público em geral. A UFT (Universidade Federal do Tocantins) está iniciando um projeto de distribuição de sinal gratuito de Internet via WiMAX em Palmas, capital do estado.

Texto montado a partir do conteúdo disponível em http://pt.wikipedia.org/wiki/WiMAX.

Resistência ao uso da tecnologia

A tecnologia WiMax, foi adotada apenas em algumas regiões da Rússia, na Mongólia, Paquistão e Formosa, além da empresa Sprint, localizada nos Estados Unidos, sendo praticamente ignorada na Europa ocidental e nos demais continentes.

Hoje em dia o WIMAX tende a se tornar obsoleto, mas ainda existem nos EUA provedoras que a utilizam, principalmente em cidades pequenas, para oferecer um serviço de Internet sem fio com taxas máximas de transmissão na faixa de 5 Mb/s (megabits por segundo) a 10 Mb/s. Um dos problemas deste tipo de provedor é que embora a cobertura WiMax seja muito grande, a taxa de transmissão cai bastante quando se está distante da antena, portanto em locais remotos estes valores podem ser bem menores.

O protocolo original WiMax não contemplava a possibilidade do sinal ser transferido de célula para célula à medida que o usuário se deslocava de uma para outra, ou seja, não se prestava a serviços de telefonia móvel. Para que ele pudesse ser assim utilizado foi preciso alterar o protocolo, que recebeu a designação 802.16e, justamente o que foi usado pela empresa Sprint nas suas redes celulares “4G”. O problema é que, embora teoricamente uma rede de células WiMax pudesse alcançar uma taxa de transmissão máxima de 30 Mb/s a 40 Mb/s, na prática as taxas máximas obtidas pelo sistema implementado pela Sprint não ultrapassam os 3 Mb/s e, em média, geralmente se situam em torno dos 1,5 Mb/s. Como quando em 2008, ano em que o sistema da Sprint entrou em operação, as transmissões “3G” raramente atingiam taxas superiores a 1 Mb/s, o WiMax teve uma boa aceitação. Mas a expansão da rede Sprint foi lenta e hoje há tecnologias muito mais rápidas.

Isto, além do fato da WiMax apresentar alguma dificuldade para se integrar às demais tecnologias de telefonia celular (o que é muito importante já que, em escala mundial, a cobertura 4G é bem menor que as 2G e 3G e um telefone 4G tem que “se entender” também com elas para poder funcionar fora de sua cobertura) fez com que a maioria das operadoras em todo o mundo a desprezasse – inclusive a própria Sprint, que, hoje, está modificando sua rede para o padrão LTE “Long Term Evolution” (evolução em longo prazo), que vem se tornando padrão para as conexões 4G.Como dito anteriormente além da Sptiny,diversas empresas brasileiras tiveram resistência na implantação da tecnologia WiMAX, pois tinham interesse em manter o parque de equipamentos 15 (o que seria possível através da tecnologia LTE, graças à sua compatibilidade com redes GSM e HSPA).

Texto montado a partir do conteúdo disponível em http://www.itforum365.com.br/blogs/post/113386/telefones-wimax-e-4g

Conclusões

Neste trabalho abordamos o assunto WIMAX, o qual é o nome comercial para o padrão IEEE 802.16 e que tem por objetivo fornecer acesso a banda larga sem fio. Esta aplicação diferencia-se do Wi-fi, um padrão de rede sem fio consolidado no mercado, pela maior abrangência do sinal e para complementar as lacunas entre pontos de conexão e estender o acesso a internet a qualquer lugar.

Para o desenvolvimento da tenologia, várias empresas formaram uma espécie de grupo de cooperação, denominado WIMAX Fórum, que discute sobre a tecnologia, tomando decisões para assim desenvolver os produtos, garantindo a qualidade e competitividade dos mesmos.

Muito se falou da tenologia como uma promessa de inovação e de domínio de mercado, contudo mais de 10 anos se passaram e a tecnologia não decolou como previsto. Uma das causas disto, foi a não compatibilidade com as tecnologias legadas da rede de telefonia móvel. Um reflexo do fato apresentado anteriormente, é a dificuldade de encontrar conteúdos atuais que abordam o tema WIMAX, sendo que há uma infinidade de informações disponibilizadas a 5 anos atrás.

Conclui-se que, apesar do potencial da tecnologia, há uma resistência enorme a sua utilização por fatores mercadológicos.

Referências Bibliográficas

DESCONHECIDO. Wimax, a Internet sem fio do futuro. Disponivel em < http://tecnologia.terra.com.br/noticias/0,,OI522341-EI12884,00-Wimax+a+Internet+sem+fio+do+futuro.html >. Acesso em:17 de Novembro de 2014

DESCONHECIDO. Wireless Technology: Bluetooth, WiFi, WiMAX. Disponivel em <http://www.awirelesslife.com/wireless.html>. Acesso em:17 de Novembro de 2014.

SILVA, Oscar Lino. Rede Wimax. Disponivel em <http://pt.slideshare.net/oscarlinosilva3/monografia-rede-wimax>. Acesso em:16 de Novembro de 2014

PIROPO, Benito. Telefones: WiMax e 4G. Disponivel em <http://www.itforum365.com.br/blogs/post/113386/telefones-wimax-e-4g>. Acesso em: 13 de Novembro de 2014

TEIXEIRA, Edson Rodrigues Duffles. Wimax. Disponivel em <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwimax>. Acesso em: 14 de Novembro de 2014

DESCONHECIDO. WiMAX. Disponivel em <http://pt.wikipedia.org/wiki/WiMAX>. Acesso em: 18 de Novembro de 2014

DESCONHECIDO. IEEE 802.16. Disponivel em <http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.16>. Acesso em: 18 de Novembro de 2014