QoS em Redes sem Fio nos Padrões IEEE 802

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1 QoS em Redes sem Fio nos Padrões IEEE 802 Eunice da Conceição Vieira Pinto Aguiar Departamento de Engenharia de Telecomunicações Universidade Federal Fluminense (UFF) Rua Passo da Pátria, 156 São Domingos CEP Rio de Janeiro RJ Brasil Resumo. Este trabalho tem por objetivo pesquisar o modelo de qualidade de serviço (QoS) aplicado em redes sem fio, Wi-Fi e WiMAX, considerando os diversos parâmetros necessários para oferecer melhorias nas redes e ofertas de serviços multimídia, voz, vídeo e dados, além do modelo existente de melhor esforço, com foco nos padrões IEEE e e. 1. Introdução A sofisticação das novas aplicações multimídia distribuídas sugere o alto grau de complexidade exigido dos serviços de comunicação e as dificuldades associadas aos projetos dessas aplicações. Grande parte dessas dificuldades consiste em oferecer serviços capazes de manter as características necessárias a toda a diversidade de tipos de fluxo. Torna-se cada vez mais difícil encontrar uma arquitetura única, genérica o suficiente para acomodar os diversos serviços e adaptações através de simples parametrizações ou opções pré-definidas. A alternativa, recentemente considerada, é a definição de modelos nos quais arquiteturas de protocolos e serviços podem ser dinamicamente programados ou adaptados ao longo de seu ciclo de vida. Essa adaptabilidade é uma característica desejável tanto para acomodar e absorver os avanços tecnológicos que acontecem cada vez mais rapidamente, como para permitir a criação de novos serviços e aplicações que apresentam requisitos específicos de QoS (Qualidade de serviço). Podemos definir QoS como sendo a percepção que o usuário tem de um serviço que é prestado. É individual, uns podendo ser mais ou menos exigentes. QoS é especificada através de parâmetros para tratamento dos fluxos na rede, de forma que todos os elementos sejam coerentes entre si. A percepção do serviço pelo cliente e pela prestadora de serviços pode ser através do tratamento do tráfego, com requisitos mínimos para se alcançar a qualidade.

2 Para as redes sem fio, estes parâmetros são ainda mais difíceis de manter. Tal complexidade se deve a alguns fatores, como qualidade de transmissão do meio sem fio, recursos escassos de largura de banda, variabilidade da qualidade do enlace, mobilidade das estações, etc. Como serviços banda larga, podemos dizer de acessos acima de 1,5Mbps, conforme especifica o ITU (International Telecommunication Union). Na recomendação do ITU [E800 94], QoS é definida como o efeito conjunto do desempenho do serviço que determina o grau de satisfação de um usuário desse serviço. O desempenho da rede na recomendação ITU [I350 93] é medido por meio de parâmetros, que são importantes para o operador de rede, e é definido independentemente do desempenho dos terminais e ações dos usuários [1]. O objetivo deste trabalho é apresentar uma breve discussão a respeito de Qualidade de Serviço em redes sem fio, que devem ser capazes de entregar voz, dados e vídeo sem interrupções, em tecnologias Wi-Fi (Wireless Fidelity) e WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access). O restante do texto está organizado da seguinte maneira. A Seção 2 fornece uma visão geral dos padrões IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) para redes sem fio. A Seção 3 discute a provisão de QoS nos padrões IEEE e IEEE A Seção 4 faz uma comparação entre eles e a Seção 5 conclui com as considerações finais. 2. Padrões IEEE 802 para Redes Sem Fio Redes sem fio, também chamadas redes Wireless, referem-se a um grupo de dispositivos em rede, interligados sem uso de cabos, mas sim através de ondas de rádio ou outras formas de ondas eletromagnéticas. Dentro desta classificação, as duas principais são as WLAN (Wireless Local Area Network) e WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), cujos padrões e tecnologias são, respectivamente, Wi-Fi e WiMAX, padronizados pelo IEEE e IEEE respectivamente. A Figura 1 apresenta os padrões IEEE 802 para redes sem fio de acordo com a abrangência da rede, diferenciando os tipos mais comuns de acesso como: bluetooth, wireless LAN, para redes locais, wireless MAN, para redes metropolitanas e wireless WAN, para redes celulares.

3 2.1 Tecnologia Wi-Fi Figura 1 Standards separados por abrangência da rede [2] A tecnologia Wi-Fi (Wireless Fidelity) é uma interconexão entre dispositivos sem fio regulamentada pelo IEEE , que opera em faixas de freqüências que não necessitam de licença para instalação e operação. No Brasil, é necessário atender a regulamentação da ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações), órgão regulador do Ministério das Comunicações. Figura 2 Modelo de Camada Física e Enlace [3] Os principais padrões da família , como apresentado na Figura 2, são: a) IEEE a para freqüências de 5GHz com capacidade de 54Mbps, 12 canais, modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing); b) IEEE b para freqüências de 2,4GHz com capacidade de 11Mbps, DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e modulação CCK (Complementary Code Keying), não necessita de licença (faixa ISM Industrial Scientific and Medical); c) g para freqüências de 2,4GHz com capacidade de 54Mbps. Este padrão deve substituir o b, com modulação OFDM e CCK; d) IEEE e agrega qualidade de serviço às redes

4 Figura 3 Gráfico relacionando a taxa de transmissão e alcance [2] O gráfico acima (Figura 3) relaciona os padrões com as suas taxas de transmissão em Mbps e o alcance destas redes. Como aplicação, estas redes têm sido utilizadas em instituições de ensino, prédios comerciais, aeroportos, condomínios, etc., cujos principais benefícios são baixo custo e rapidez de instalação. O padrão fornece serviço de segurança e criptografia através dos métodos de autenticação AP (Access Point) e criptografia WEP (Wired Equivalent Privacy) e WPA(Wi-Fi Protecd Access). As redes sem fio IEEE são o padrão para as redes locais e a maioria dos computadores portáteis novos já estão sendo fabricados equipados com interface neste padrão. Elementos de uma rede sem fio: estação ou nó ou host móvel, que executa as aplicações; estação base ou base station, que envia pacotes entre as estações da sua área e o wireless link, que ligam as estações móveis à estação base. Usam CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance) para acesso múltiplo ao meio, cujo objetivo é tentar evitar colisão. Figura LAN arquitetura [4] A figura 4 apresenta uma arquitetura da rede com seus elementos, onde o nó ou host comunica com a estação base (BS) ou Access Point (AP).

5 Os Hot Spots estão presentes nos centros urbanos em locais públicos, tais como universidades, aeroportos, hotéis, etc, estão mudando o perfil dos usuários de internet. O padrão se divide em várias partes (mais de 18), as principais, já citadas, foram aprovadas em 1999, sendo que a b ganhou mais o mercado pelas interfaces mais baratas. Foi criada a WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), objetivando garantir a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes. Figura 5 Formato do quadro IEEE [4] A figura 5 apresenta o formato do quadro Cronologia: Em 2000 surgiram os hot spots públicos; em 2001 pesquisadores demonstraram que o protocolo WEP é inseguro; em 2002 a WECA passou a chamar WFA (Wi- Fi Alliance) e lançou o protocolo WPA em substituição ao WEP. Em 2003 o comitê aprovou o padrão g, em substituição ao b, que alcança até 54 Mbps de taxa nominal de transmissão; em 2004 a especificação i define os procedimentos de autenticação, autorização e criptografia, aumentando a segurança [5]. Em 2005 o IEEE lança o e que define como padrão de Qualidade de Serviço QoS aplicados a LAN, para o padrão Wi-Fi, pois o padrão é considerado crítico por causa das aplicações sensíveis a delay, como VoIP (Voz sobre IP) e streaming multimídia. O protocolo estende a camada de controle de acesso ao meio (MAC Media Access Control). Em 2006 surgiram as implementações do n, que usa múltiplas antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output). 2.2 Tecnologia WiMAX O WiMAX é uma tecnologia wireless desenvolvida para oferecer acesso banda larga a distâncias típicas de 6 a 9Km. Uma das principais aplicações é a oferta acesso

6 banda larga a internet, desenvolvido visando aplicações fixas, nômades, portáteis e móveis. O padrão é também conhecido como a interface aérea da IEEE para Wireless MAN, ou seja, rede metropolitana sem fios. É desenvolvido e mantido pelo Working Group on Broadband Wireless Access. Cronologia: Em 2001 foi criado o padrão em visada direta, 10 e 66 GHz, até 34Mbps; Em 2002 foi criado o c com interoperabilidade; Em 2003 foi criado o a sem linha de visada direta, 2 e 11GHz até 75Mbps; Em 2004 o padrão d (WiMAX fixo) 3,5 e 5,8GHz, modulação OFDM modifica o a, melhora a interoperabilidade e acrescenta a mobilidade nomândica. Torna obsoleta os padrões a e c. O d, na verdade não existe como padrão, é chamado , mas na literatura encontramos referência a REVd ou simplesmente d. Em 2005 o e suporta handoffs entre células e roaming, modulação SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), frequências 2,3, 2,5, 3,3 e 3,5GHz. Estes padrões estão relacionados na Figura 6 a seguir c a R e Figura 6 Padrões IEEE O WiMAX Forum (Worldwide Interoperability for Microwave Access) é uma organização sem fins lucrativos, formada por fabricantes e tem por objetivo promover as redes sem fio, padronizadas e garantindo a compatibilidade dos equipamentos. O WiMAX irá facilitar o desenvolvimento de uma série de aplicações wireless boradband, conforme Figura 7, que segue abaixo.

7 Figura 7 Aplicações [6] O padrão especifica acesso fixo, as atualizações permitem uma certa flexibilidade, como o dispositivo do usuário que pode ser nomádico, ou seja, pode se mover e durante o movimento ter handover. Apresenta qualidade de serviço que permite a transmissão de voz e vídeo, que requerem redes de baixa latência. Uma das principais aplicações é a oferta de acessos banda larga e internet, visando: a) WiMAX fixo: as estações terminais podem ser nômades (mobilidade restrita). A estação pode apenas variar dentro da célula; b) WiMAX móvel: a rede é formada por um conjunto de células e os terminais são portáteis e móveis como no celular. É possível trocar de célula (handover). O padrão REVd teve seus primeiros produtos certificados em janeiro de 2006, disponibilizados comercialmente a partir do primeiro semestre de A expectativa para o padrão e é ter os primeiros produtos certificados no primeiro semestre de 2007 e estar disponível comercialmente até o final deste ano. O padrão d tem equipamentos certificados nas modulações TDD e FDD, enquanto que o padrão e somente utilizará a modulação TDD. A alta probabilidade de erro em ambientes wireless introduzem um desafio no problema de QoS, especificamente em NLOS (Non Line of Sight). Este impacto pode ser minimizado com o emprego de sofisticadas técnicas de modulação e códigos de erro adaptativos, correção de erro, detecção de erro e algoritmos de retransmissão nas camadas físicas e MAC. O padrão de redes sem fio, o WiMAX ou BWA (Broadband Wireless Access), padrão IEEE , provavelmente substituirá muitas das tecnologias com fio utilizadas hoje em dia, como cabos coaxiais e fibras. Este padrão define a especificação da interface aérea do wireless MAN (Metropolitan Area Network). Suas principais características são:

8 a) freqüências de operação entre 2 GHz e 11GHz sem visada e 10 e 66 GHz com visada; b) alcances superiores a 50Km, com mobilidade; c) taxas de transmissão podendo chegar a 70Mbps; d) qualidade de serviço; e) suporte a voz e dados; f) com ou sem visada direta. A Figura 8 abaixo, apresenta um exemplo de aplicação sem visada direta, ou seja, mesmo que haja obstáculos entre as antenas do receptor, a transmissão ocorre normalmente. Figura 8 Transmissão sem visada direta [2] A tecnologia pode ser particularmente atrativa em áreas pouco densas onde o custo de implantação de cabeamento é proibitivo. Diferentes considerações de projetos são aplicáveis em zonas urbanas e rurais. Em zonas rurais, a propagação com visada direta (LOS Line of Sight) é feita com antena do cliente instalada em área apropriada, como por exemplo, telhado. Em zonas urbanas e suburbanas, tipicamente se assume operação sem visada (NLOS), devido a diversidade e alta incidência em percurso, menor que 11GHz. 3. Provisão de QoS O conceito de Qualidade de Serviço (QoS), conforme citado no início deste trabalho, é definido como o efeito coletivo do desempenho do serviço que determina o grau de satisfação do usuário. Os fatores de desempenho considerados são: suporte ao serviço: mede a capacidade de uma organização em oferecer um serviço e assisti-lo durante a sua utilização; operabilidade do serviço: mede o sucesso do serviço junto ao usuário quanto à facilidade de operação, interfaces amigáveis, inteligibilidade; integridade do serviço: mede a robustez do serviço quanto ao nível de reprodução, na recepção, da informação transmitida. O desempenho da capacidade operacional do serviço pode ser classificado em:

9 desempenho de tráfego: traduz a capacidade de escoamento de tráfego de um equipamento ou de uma rede de telecomunicações, tempos de resposta, bloqueio, controle de congestionamento, etc. Esse conjunto de indicadores é geralmente dividido em indicadores de Grau de Serviço (GoS), de sobrecarga de tráfego (supondo rede sem falhas) e de degradação (supondo rede com falhas); dependabilidade: é um termo coletivo que expressa o grau de confiança que o usuário pode ter na provisão do serviço. É estimada usando-se indisponibilidade, confiabilidade, perda de informação, serviço incompleto, etc. desempenho de propagação: traduz a capacidade de um meio de propagação em transmitir a informação dentro de uma tolerância específica [4]. Figura 9 Perfil do tráfego Figura 10 Perfil do tráfego As figuras 9 e 10 acima apresentam os diferentes perfis de tráfego, conforme a classificação dos serviços. A qualidade de serviço pode ser caracterizada por uma série de parâmetros específicos, entre estes podemos citar: o retardo no estabelecimento e encerramento da conexão; a variação estatística do retardo em termos de variância; a taxa de erro e congestionamento. A existência de um mecanismo que trate as diferentes necessidades nas transmissões em redes de computadores é imprescindível. Identificamos quatro princípios básicos para prover qualidade de serviço em aplicações multimídia:

10 classificação de pacotes, escalonamento e policiamento de tráfego, alto índice de utilização de recursos e controle de admissão. A classificação permite a distinção entre pacotes pertencentes a diferentes classes de tráfego e possibilita um tratamento diferenciado para cada pacote. Entretanto, simplesmente classificar os pacotes não garante que eles recebam um serviço com a QoS desejada. A classificação é apenas um mecanismo para distingüi-los. A diferenciação no tratamento destes pacotes é uma decisão do policiamento utilizado. 3.1 Provisão de QoS no padrão IEEE O padrão IEEE e, aprovado em 2005, define Qualidade de Serviço para aplicações sensíveis a retardo, como voz sobre wireless IP e streaming de vídeo. Este protocolo melhora a camada de acesso ao meio do (protocolo MAC). Originalmente IEEE definiu protocolo de acesso ao meio, sub-camada MAC, denominado DFWMAC (Distributed Foundation Wireless Médium Access Control), que suporta dois métodos de acesso, um distribuído e um centralizado, que é opcional. Este protocolo também trata de problemas relacionados com roaming. Uma função de coordenação é usada quando uma estação tem permissão para transmitir. Na função de coordenação distribuída - DCF (Função de Coordenação Distribuída), essa decisão é realizada individualmente pelos pontos da rede, também chamada de função pontual - PCF (Função de Coordenação Pontual), a decisão de quando transmitir é centralizada em um ponto especial que determina qual estação deve transmitir e em que momento, evitando a ocorrência de colisões. O novo padrão e estende a camada DCF compartilhando o meio entre as estações. O DCF original usa CSMA/CA e RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send), que é opcional. Define também uma outra camada PCF, que está disponível em modo de infra-estrutura onde são conectadas as estações à rede por um Ponto de Acesso (AP). O padrão e especifica uma nova função de coordenação, método híbrido, chamado HCF (Função de Coordenação Híbrida). Dentro do HCF, existem dois métodos de acesso ao canal, um modo centralizado, o HCCA (Controle de Acesso de Canal) e um modo baseado em contenção, o EDCA (Acesso de Canal Distribuído). O EDCA e HCCA definem classes de Tráfego (TC) que, por exemplo, podem nomear classes de serviços. Com o EDCA, o tráfego de alta prioridade tem uma maior chance de ser enviado que o tráfego identificado como baixa prioridade. Além disso, cada nível de prioridade é nomeado como TXOP (Transmit Opportunity). Um TXOP é um intervalo de tempo durante o qual uma estação pode enviar tantos quadros quanto possível, contanto que a duração das transmissões não se estenda além da duração máxima do TXOP. Caso o quadro seja muito grande, precisa ser fragmentado. O HCCA trabalha muito parecido com o PCF, porém a diferença, no qual o intervalo entre dois beacon frames é dividido em dois períodos : CFP (Período Livre) e

11 CP, O HCCA permite CFPs que é iniciado a qualquer hora durante um CP, que é chamado de CAP (Fase de Acesso Controlada). Um CAP é iniciado pelo AP, sempre que enviar ou um quadro a uma estação. Outra diferença do PCF é a Classe de Tráfego (TC) e Fluxos de Tráfego (TS). Isto significa que o HC pode prover um tipo de serviço por sessão e pode coordenar estes fluxos. Com o HCCA, a QoS pode ser configurada com grande precisão. Estações habilitadas para QoS têm habilidade para medir parâmetros de transmissão específicos (data rate, jitter, etc.) que permitem aplicações avançadas como VoIP e streaming de vídeo, ficando mais eficientes em uma rede Wi-Fi [7]. A figura 11 abaixo apresenta o esquema de acesso ao meio do e. Figura 11 Esquema básico de acesso O método de acesso CSMA/CA inclui os parâmetros DIFS (Distributed Inter Frame Space), que é o espaço entre quadros DCF, o PIFS (Priority Inter Frame Space, espaço entre quadros da PCF e SIFS (Short Inter Frame Space), usado para transmissão de quadros com respostas curtas (ACK). 3.2 Provisão de QoS no padrão IEEE fixo A camada MAC do define mecanismos de sinalização de QoS e funções para controlar a transmissão de dados entre a BS e as SSs. Dentro desse contexto, o padrão define quatro tipos de serviços associados a fluxos de tráfego, cada um com diferentes requisitos de QoS: 1. Unsolicited Grant Service (UGS): este serviço suporta tráfego com taxa constante (CBR) ou fluxos similares tais como, voz sobre IP (VoIP). Estas aplicações requerem uma constante alocação de banda. 2. Real-Time Polling Service (rtps): este serviço é para aplicações de tempo real com taxa de transmissão variável (VBR) como por exemplo, MPEG vídeo ou teleconferência. Estas aplicações possuem requisitos específicos de banda, bem como, um atraso máximo tolerável. 3. Non-Real-Time Polling Service (nrtps): este serviço é para fluxos sem requisitos de tempo real, mas que necessitam melhores condições do que os serviços. 4. Best Effort Service (BE): este serviço é para tráfego de melhor esforço, onde não existe garantia de QoS, tais como HTTP. As aplicações recebem banda disponível após a alocação dos três fluxos anteriores [8].

12 Podemos verificar este modelo conforme Figura 12 abaixo; Figura 12 Arquitetura de QoS [9] Uma vez autenticado na rede, quando o usuário faz uma solicitação ou estabelece uma conexão, ela terá o campo TOS (Type of Service) do cabeçalho IP definido. O campo user priority do cabeçalho IP será definido. Baseado nas informações das duas camadas superiores, a BS (base station) suporta as classes de serviço ela irá usar e com quais parâmetros de atraso, banda, jitter, etc. Este mapeamento de QoS do é configurável na própria BS, e pode ser adequado a cada situação, perfil de usuário, etc. Em função dessas variáveis, esse mapeamento pode ser feito de várias formas para diferentes BS, visando atender os mesmos parâmetros de QoS. O padrão estabelece as classes de serviços, ficando a cargo dos fabricantes, fazer a melhor implementação do padrão. 3.3 Provisão de QoS no padrão IEEE e móvel Segundo o WiMAX Forum, a versão do padrão IEEE e especifica os seguintes procedimentos, para o padrão e (móvel): 1. Criação do fluxo de serviço 2. Iniciar, modificar e cancelar fluxo de serviço 3. Política de QoS aprovisionada entre AAA (Authentication, Authorization e Accouting) e SFA (Serving Function) O padrão e especifica qualidade de serviço para a interface aérea e consiste nos seguintes elementos: Serviço orientado a conexão; Cinco tipos de su-classes de serviços: UGS (Unsolicited Grand Service), RT-VR (Real-Time Variable rate), ERT-VR (Extended Real-Time Variable rate), NRT-VR (Non Real-Time Variable rate) e BE (Best Effort), apresentados a seguir, Figura 14; Provisionamento para cada assinante; Política para admitir novos serviços e pedidos de fluxos [10].

13 4. Comparação entre padrões Figura 14 Dimensionamento A principal característica de uma rede Wi-Fi é a sua simplicidade. Uma estação pode associar-se a um ponto de acesso ou a um hot spot de maneira simples e quase transparente para o usuário. Porém, esta simplicidade traz algumas limitações. Mesmo com as melhorias propostas pelo draft e, o Wi-Fi suporta apenas uma única conexão e parâmetros limitados de QoS. O é baseado em uma arquitetura distribuída, onde as operações na camada MAC são coordenadas entre os pontos de acesso e as estações. Por outro lado, o WiMAX é baseado em uma arquitetura totalmente centralizada, onde a estação base tem o controle do acesso ao meio entre as estações sem fio. O suporta múltiplas conexões que são completamente caracterizadas por vários parâmetros de QoS. Além disso, o fornece uma classificação dos pacotes que permite mapear as conexões entre várias aplicações e interfaces distintas, como por exemplo, Ethernet, ATM, IP etc. O IEEE já nasceu com a habilidade de suportar diferentes níveis de serviços para tipos distintos de tráfego, incorporada naturalmente na camada MAC. Porém, o padrão define apenas uma arquitetura capaz de suportar QoS e não especifica uma solução completa para fornecer garantias ao serviço oferecido [9]. Os padrões e o resolvem problemas diferentes embora sejam semelhantes em alguns aspectos. A principal semelhança está no fato de que os dois padrões terem sido projetados para fornecer comunicações sem fio em banda larga. Porém a diferença está na rede, elas se diferem em detalhes importantes, o padrão fornece serviço para edifícios comerciais ou residenciais que são pontos fixos, eles não migram de uma célula para outra. Tendo em vista que o se estende sobre parte de uma cidade, as distâncias envolvidas podem ser vários quilômetros, chegando a 30 ou até 50Km. Isto implica maior potência gasta na estação-base. Comunicação aberta sobre uma cidade também significa que a segurança e a privacidade são de maior importância [12]. No Wi-Fi o MAC usa acesso de contenção, todas as estações de cliente que desejam iniciar dados, compete com o AP. Isto faz com que os serviços como o VoIP,

14 que depende de QoS, fique difícil manter usuários simultâneos, em contraste com o WiMAX, o MAC usa algoritmo onde a estação do cliente compete uma vez para entrar na rede, depois é alocado um slot de acesso pela BS (Estação Base). Este algoritmo permite as BS controlar parâmetros de QoS. A grande diferença entre o WiMAX nomádico e o móvel é que o primeiro não oferece handoff entre as ERBs e o segundo possui essa funcionalidade. A ratificação deste padrão demorou bastante tempo para chegar ao seu final por causa de disputas políticas e interesses diversos. A adição de sub-canalização e dois métodos chaves de antenas inteligentes MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) e AAS (Fullyadaptive Antenna Systems) poderiam aumentar a cobertura para 9 km nas ERBs urbanas e 20 vezes a capacidade de assinantes.[11] Utiliza a modulação S-OFDM (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplex Access), que permite o uso de diversas larguras de banda com um número proporcional de portadoras. O Brasil deverá ter duas bandas. A Anatel é um dos primeiros órgãos reguladores a regulamentar essas faixas para aplicações fixas e nomádicas. O espectro de 2,5GHz possui vantagens sobre o espectro de 3,5 GHz, apresenta menor atenuação na propagação e maior banda disponível [6]. Muita coisa evoluiu na tecnologia sem fio, do Wi-Fi para o WiMAX. O WiMAX é uma versão turbinada do Wi-Fi, ele nasceu pela necessidade de se ter uma tecnologia sem fio de banda larga, com longo alcance e alta taxa de transmissão. Entre os principais destaques para o WiMAX, temos: a homologação do padrão nomádico (802.16d) traz a vantagem de menor consumo de bateria e tecnologia mais eficiente de antena, conhecida como MIMO ( Multiple- Input and Multiple-Output ); frequências licenciadas e não licenciadas; WiMAX forum; Serviços WiMAX; Demorada homologação do padrão móvel; A grande diferença entre o WiMAX nomádico ( fixo ) e o móvel é que o primeiro é apenas portátil, não possui handoff entre as ERB s em altas velocidades e o segundo é móvel, ou seja comuta; WiMAX nomádico opera em banda de frequências não licenciadas ( 5,8 GHz ) e em bandas licenciadas ( 2,5 e 3,5 GHz ); Alcance de 8 a 12 km com cobertura NLOS ( Non Line Sight ) e de 30 a 40 km em cobertura LOS ( Line of Sight ) em taxa até 70 Mbps; É uma solução completa para voz, dados e vídeo com QoS e segurança intrínsecas, suporte nativo; Pode transportar IPv4, IPv6 e Eth ou simultaneamente com QoS;

15 Aplicações : banda larga sem fio, infra-estrutura de telefonia móvel e de Wi-Fi, VoIP; Tipo especial de multiplexação duplexação; Modulação QAM; Apropriado para ambientes outdoor. Entre os principais destaques para o Wi-fi, temos: Acesso ao meio com CSMA/CA ( Carrier Sense Mulpiple Acess / Collision Avoidance ), combina as características dos outros tipos de acesso: CSMA, MACA, FAMA. Inclui um tempo aleatório para evitar colisões de estações que estavam simultaneamente disputando o meio. Com RTS e CTS; Modulação QAM; Maior êxito comercial depois da rede Ethernet; Autenticação de baixo nível, a estação apresenta sua identidade ( MAC ) antes de enviar quadros; APs podem repassar as informações da associação APs dentro do mesmo ESS; Suporta aplicações que precisem de QoS com a extensão e; Quatro instâncias de função de coordenação e oito prioridades; Taxas menores, em torno de 11 Mbps; Distâncias apropriadas para ambientes indoor; Baixo custo, rapidez de instalação. A principal diferença entre os padrões, em relação ao QoS, é que no WiMAX é nativo e no Wi-fi foi implementado pela extensão IEEE e, conforme vemos na Figura 15 abaixo: Figura 15 Comparação padrões [13]

16 5. Considerações Finais QoS nada mais é que um conjunto de parâmetros usados para estipular condições mínimas e/ou máximas de operação para diferentes tipos de serviços sobre uma rede, de modo a garantir que a experiência do usuário seja sempre a esperada para aquela aplicação. Por exemplo, para um serviço de voz, é necessária uma largura de banda mínima, já que pequenas variações não afetarão muito a qualidade da comunicação. No entanto, deve-se garantir um atraso máximo muito baixo, para que não haja delay na conversação. Já uma aplicação de vídeo, as restrições de atraso são menos rígidas, porém a demanda de banda é substancialmente mais alta [18] Como níveis de qualidade para diferentes tipos de serviços, podemos citar: best effort ( melhor esforço ); taxa de bits constante; taxa de bits mínima; taxa de bits máxima; delay a jitter máximos. Essas classes são usadas para atender os vários níveis de requerimento como, por exemplo, contratos de largura de banda fixa para usuários corporativos, aplicações de telefonia sobre IP (VoIP) e stream de vídeo com atrasos máximos, transferências de dados com taxas mínimas e máximas. Para garantir que um conexão faça uso de QoS, deve-se garantir que em cada enlace o meio físico e os recursos sejam gerenciados de forma coerente para prover a qualidade desejada [14]. Como exemplo de uso do padrão WiMAX, a Embratel utiliza o padrão fixo na frequência de 3,5 GHz adquiridas as licenças em leilão junto a Anatel, dando cobertura a todo o Brasil. Ao adquirir as licenças, ficou adotado um sistema do Governo onde a Embratel teria um prazo de 18 meses para instalar os sistemas em 40 Cidades. Foram implantados sistemas com a empresa Simens que utilizou equipamentos WiMAX da Alvarion. Hoje ela realiza teste piloto na Cidade de São Paulo com a empresa Alcatel que também utiliza os equipamentos da Alvarion. Durante muito tempo, as redes de comutação de pacotes ofereceram a promessa de admitir aplicações multimídia, que combinam áudio, vídeo e dados. Um obstáculo para a realização desta promessa tem sido a necessidade de enlaces com maior largura de banda. O que se precisou foi um novo modelo de serviço, em que as aplicações que precisam de garantias maiores possam solicitá-las à rede, significando que a rede irá tratar alguns pacotes de forma diferenciada de outros. Uma rede que possa oferecer esses diferentes níveis de serviços é considerada como admitindo qualidade de serviço [17].

17 Como o WiMAX promete ter vida longa como uma tecnologia emergente, ele deve conviver, competir e forçar a evolução de várias tecnologias atuais. telefonia móvel Wi-Fi Adsl Mesh O GSM não vai competir com o WiMAX, porque apesar de ser uma boa tecnologia para voz, para transmissão de dados com alta velocidade, não poderá ser. As tecnologias 4G são boas, mas não buscam sinergia comum entre os padrões, ou seja, uma não fala com a outra, enquanto que o WiMAX tem interoperabilidade e seu custo é decrescente, assim como o Wi-Fi. Em relação à tecnologia Adsl, além de possuir bandas maiores, não podemos nos esquecer que a rede de cobre das Operadoras (Incumbents) estão se esgotando e os investimentos em redes de cobre estão cada vez menores. O padrão REVd suporta duas tecnologias de rede: ponto-multiponto e mesh (malha). A topologia mesh permite a comunicação assinante-assinante em ambiente NLOS, pode estender seus tentáculos com WiMAX com baixo custo. A qualidade de serviço no padrão WiMAX se preocupa com QoS que habilita a operação NLOS sem severa distorção do sinal em função dos prédios e condições do tempo. Suporta também a priorização inteligente de diferentes formas de tráfego. É importante para vídeo e VoIP [15]. É importante ressaltar que a aplicação de recursos de QoS no padrão , é feita gerenciando dois parâmetros: 1 o primeiro são os buffers de entrada e saída do roteador, que recebem os pacotes provenientes e os endereça aos usuários. Para diferentes parâmetros de QoS relacionados a diferentes usuários, são aplicados diferentes algoritmos de prioridade para os pacotes. Uma conexão que necessite de menor delay pode ter seus pacotes priorizados neste buffer, em relação a pacotes de uma transferência de dados, por exemplo. 2 o segundo parâmetro é o método de alocação de banda para os usuários. A BS opera em modulação OFDM, que faz com que um sinal seja remodulado em diversas subportadoras com diferentes freqüências. Este método pode alocar mais ou menos subportadoras de largura fixa ou variável para um dado ST (Subscriber Terminal) fazendo com que, assim, a BS tenha liberdade para alocação dinâmica de banda através de manipulação da interface aérea, visando atender os parâmetros de QoS e SLA para cada conexão. O WiMAX móvel deverá ser oferecido em 2007 por grandes fabricantes, como a Alcatel, Siemens, Motorola e ZTE, embora ainda não homologados pelo WiMAX Fórum. A Figura 16 apresenta uma evolução para o padrão.

18 Figura 16 Evolução [18] O IEEE ainda não anunciou as bandas de freqüência do padrão e, mas não devem ser diferentes de 2,3 e 2,5 GHz, a considerar trials sendo feito pela WiBRO (Wireless Broadband Korean) [19]. Em relação à Regulamentação no Brasil, a Anatel não proíbe a mobilidade, diz apenas que quem operar o sistema com mobilidade, deverá ter licença SMP (Serviço Móvel Pessoal) [20]. A ausência de certificados não impede a realização de testes e nem mesmo o desenvolvimento de projetos. São eventos que podem ocorrer simultaneamente. Mesmo que um sistema entre em operação antes da certificação, como no caso da Coréia, isso não inviabiliza a operação, pois ajustes de software podem ser implementados através de futuras atualizações. Figura 17 Cenários de aplicações [21] 7. Bibliografia [1] Escrito por JORGE Moreira de Souza Publicado em 27/04/2007 [2] Escrito por João Wilson Vieira Rocha Publicado em 26/06/2006 [3] ttp:// Escrito por Luis Antonio Cabianca Publicado em 30/01/2006

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