domingo, 18 de enero de 2009

GENERALIDADES DEL ESTÁNDAR IEEE 802.16 (WiMAX)

El estándar IEEE 802.16 emerge como una de las tecnologías de Acceso Inalámbrico más prometedoras en el mundo de las redes MAN y dentro de la familia de estándares IEEE 802.x es una de las que mayor aceptación ha ganado en el mundo debido a las grandes ventajas que presenta además de la facilidad de utilización y mantenimiento. El estándar IEEE 802.16 permite la implementación de redes de Banda Ancha de Acceso Inalámbrico en grandes áreas, las cuales son capaces de proveer cualquier tipo de servicio debido a su gran capacidad de transportar información. Estas redes han ganado gran acogida dentro de este mercado en los últimos años haciendo que cada vez más las grandes empresas proveedoras de equipos como Intel, Nokia, Samsung y Motorola las cuales apoyan a este estándar lancen al mercado dispositivos que cumplan con las especificaciones del estándar y a su vez, muchas empresas adquieren esta tecnología como solución a sus necesidades de conexión.

1 EVOLUCIÓN DEL ESTÁNDAR IEEE 802.16

Desde su concepción en los años 90’s, el estándar IEEE 802.16 ha tenido como objetivo primordial el de proveer diferentes tipos de servicios sobre una red de acceso inalámbrico de alta transferencia de bits. Para ello define unas especificaciones de interfaz incluyendo MAC (Medium Acces Control), y la PHY (Capa Física). A pesar de tener estas especificaciones desde un principio para cumplir con los objetivos propuestos, se han visto algunas fallas principalmente en la capa MAC, donde la gestión en el envío de la información se realiza sin cifrar los datos para facilitar su funcionamiento adecuado, de este modo, en una escucha pasiva del canal de la red se podría acceder fácilmente a la información sin cifrar. Debido a esta situación se han realizado diferentes correcciones que han originado varias revisiones y adiciones a las especificaciones para las capas MAC y PHY agregando nuevas funciones a las mismas a través del tiempo. Estas correcciones se presentan en diferentes versiones del estándar:

IEEE 802.16: 2001: Primera versión del estándar en la que se daban las primeras especificaciones para la capa MAC y PHY, proporciona acceso inalámbrico de banda ancha, configuración de red Punto a Punto (P2P) o Punto multipunto (PMP). Soporte para TDD (Multiplexación por División de Tiempo) y FDD (Multiplexación por División de Frecuencia). A diferencia de 802.11 o Wi-Fi que emplea CSMA/CD para transmitir, 802.16 emplea un paradigma totalmente diferente para realizar esta función controlado por las estaciones base (EB). Opera en la banda de los 10 – 66 GHz, al ser éstas altas frecuencias solo es funcional en ambientes LOS (Línea de Vista). Emplea modulación QPSK, QAM-16 y QAM-64 con la habilidad para cambiar entre modulaciones dependiendo de diferentes condiciones entre ellas las climáticas. Provee diferentes niveles de QoS (Calidad de servicio) controlando parámetros como la suma de retardos temporales dentro de la red (latencia) y la variación de algunos paquetes de datos recibidos debido a la latencia (jitter). El núcleo de la seguridad del estándar radica en la subcapa de privacidad perteneciente a la capa MAC utilizando para ello algoritmos de cifrado de datos en sus mensajes entre las Estaciones Base (EB) y las Estaciones Suscriptoras (ES) y haciendo uso de certificados digitales X.509.

IEEE 802.16c:2002: Publicado en Diciembre de 2002, estándariza más detalladamente la tecnología inalámbrica, se corrigen algunos errores de la versión inicial definiendo un conjunto de prestaciones y funciones que son utilizadas en la implementación. Aumenta la interoperabilidad y consistencia entre equipos de diferentes fabricantes aumentando así la generalización y uso del estándar a futuro. Se agregan perfiles detallados para sistemas que operan en la banda de 10 – 66 GHz.

IEEE 802.16a: 2003: Publicado en Junio de 2003, introduce nuevas prestaciones como soporte para las bandas licenciadas de 2 – 11 GHz y de esta manera tener la capacidad de penetrar barreras por tratarse de frecuencias bajas y así ser viable su utilización en ambientes NLOS (Sin Línea de Vista). Nuevas especificaciones MAC y PHY para un mejor manejo de la interferencia producida por las multitrayectorias, además de utilizar un nuevo arreglo de antenas lo cual produce un mejor manejo de la potencia empleada por el sistema. Nuevo soporte de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) para evitar interferencias con otros sistemas de red que operan en el mismo rango de frecuencia 2 – 11 GHz. Se mejoró la seguridad al solicitar autenticación del emisor para algunos mensajes MAC. QoS específico para optimizar servicios de datos, voz y video así como también ARQ para mejorar el desempeño punto a punto. Soporte para redes en malla. Fue nombrada en un principio como Wireless HUMAN por Red de Área Metropolitana de Alta Velocidad no Licenciada.

IEEE 802.16: 2004: Publicación realizada en Junio de 2004, es la fusión entre IEEE 802.16: 2001 e IEEE 802.16c: 2002 integrando toda la familia de estándares existentes en ese momento bajo un mismo documento. Dio soporte a bandas licenciadas y no licenciadas pero para la banda de 10 – 66 GHz requiere de ambientes LOS, a su vez para frecuencias menores a 11 GHz soporta ambientes NLOS. La capa MAC soporta arquitectura PMP y en malla. Esta versión del estándar es la que se utiliza para dar la certificación de WiMAX.

IEEE 802.16e: 2005: provee funciones de transferencia de comunicación entre celdas mientras el usuario se mueve en el área de servicio (handover) entre Estaciones Base (EB), estas entidades proveen funcionalidad sobre el enlace controlando la admisión y la gestión de recursos de radio en los enlaces de subida y de bajada, dando la posibilidad de tener Estaciones suscriptoras (ES) móviles, estas ES son las entidades que permiten la recepción de información en el lado del cliente y la transmisión desde este hacia la EB.

IEEE 802.16f: 2005: Define la MIB (Base para la Gestión de la Información) para las capas MAC y PHY. Define además un procedimiento para crear un estándar de Gestión de Red para sistemas basados en IEEE 802.16.

Con todas estas revisiones y mejoras adoptadas por el estándar se pueden determinar algunas ventajas o beneficios que este tipo de red provee a sus usuarios:

Gran cobertura: En ambientes LOS hasta 50Km; para ambientes NLOS hasta 8KM

Alta capacidad de transferencia de bits: Idealmente la red es capaz de transferir datos a 70Mbps

Soporte para ambientes NLOS: En las frecuencias indicadas es posible implantar una red bajo el estándar sin tener línea de vista.

Tamaño flexible de canales: Esta es una prestación muy importante ya que se puede configurar el ancho de los canales de comunicación optimizando así su uso y evitando el desperdicio de recursos de red.

Soporte para redes en malla: Esta opción permite a las ES hacer enrutamiento entre unas y otras sin pasar por la EB haciendo esta función transparente a ella.

Soporte para usuarios móviles: Una ES puede tener acceso a la red moviéndose a una velocidad vehicular. Esto da a la ES la posibilidad de tener servicio usando dispositivos móviles.

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