WIMAX

WiMAX é uma tecnologia padronizada de rede sem fio que permite substituir as tecnologias de acesso de banda larga por cabo e ADSL. O WiMAX permite a comunicação fixa entre um ou mais pontos, comunicação portátil e, eventualmente, comunicação móvel sem fio sem a necessidade de visada direta com a estação base.

O IEEE 802.16 é o padrão para transmissão sem fio ponto-a-ponto e ponto-multiponto para estações fixas (BWA – Broadband wireless access). A versão inicial foi desenvolvida para cobrir várias soluções de BWA entre 10 e 66-GHz e projetada para atingir até 50 quilômetros. Como resultado, somente um conjunto de funcionalidades foi adotada pelo mercado, gerando o padrão atual IEEE Std 802.16-2004 que opera em frequências abaixo de 11-GHz, aprovado em junho de 2004.

Esse padrão é conhecido como WiMAX que é um acrônimo de Worldwide Interoperability for Microwave Access. Uma revisão está sendo elaborada para componentes móveis e sua aprovação está sendo esperada para 2005, conhecida como IEEE 802.16e.

Tecnologia do WiMAX

O WiMAX é desenhado para operar em um raio de cobertura que varia entre 3 e 10 quilômetros com a capacidade de até 40 Mbps por canal para estações fixas ou portáteis. Essa taxa de transmissão pode oferecer suporte simultâneo a centenas de conexões E1 (2 Mbps) e para milhares de conexões residenciais que utilizam ADSL (taxas de transmissão até 1 Mbps). Para as conexões móveis o WiMAX deve suportar até 15 Mbps em um raio de cobertura de até 3 quilômetros. A expectativa é que essa tecnologia possa ser incorporada em notebooks e PDAs até 2006, permitindo a comunicação móvel em áreas urbanas.

O WiMAX não conflita com o padrão 802.11 (WiFi) mas o complementa. Como o padrão IEEE 802.16 utiliza o mesmo LLC (Logical Link Controller baseado no padrão IEEE 802.2) de outras redes LANs e WANs, é possível o roteamento entre eles. Por ser um complemento do WiFi também é possível incluir outros protocolos das redes Ethernet (802.3), token-ring (802.5) e outras tecnologias não padronizadas pelo IEEE mas que usam o LLC, incluindo o FDDI e o cable modem (DOCSIS).

O padrão IEEE 802.16-2004 é desenhado para acesso fixo. Esse padrão pode ser referenciado como “fixed wireless”, ou rede sem fio fixa, porque é usada uma antena montada no local do assinante do serviço. A antena é montada no telhado ou em uma área livre similar a uma antena de televisão por satélite. O IEEE 802.16-2004 também cobre instalações dentro de prédios (indoor installations).

A solução da Intel para o WiMAX com acesso fixo opera nas frequências de 2.5-GHz, 3.5-GHz e 5.8-GHz. Essa tecnologia é uma alternativa para o cable modem, vários tipos de transmissão xDSL, serviços multiplexados tipo E1 e serviços oferecidos por fibra óptica.

A revisão IEEE 802.16e é uma extensão do 802.16-2004 com o objetivo de adicionar portabilidade e habilitar os clientes móveis para acesso direto a redes WiMAX. O 802.16e usa a técnica de multiplexação OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), que é similar ao OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing).

A ideia básica do OFDM é dividir um fluxo digital de alta taxa de bits em um esquema de baixa taxa e a transmissão paralela usando subportadoras. Em um sinal OFDM é possível organizar as portadoras de forma que as suas bandas laterais se sobreponham sem que haja interferência entre elas. Para que isso ocorra, as portadoras devem ser matematicamente ortogonais (linearmente independentes), ou seja, no domínio do tempo, o sinal em cada portadora precisa ter um número inteiro de ciclos no período de símbolo, resultando em zero o processo de integração do produto de todos os sinais no tempo. No caso do IEEE 802.16-2004, o sinal do OFDM é dividido em 256 canais contra os 64 canais do IEEE 802.11.

Um aspecto importante do IEEE 802.16 é que ele define uma camada MAC (Media Access Control) que suporta múltiplas especificações da camada física (PHY). Isto é crucial para que os fornecedores de equipamentos possam diferenciar suas ofertas de serviços.

Tanto a camada física do 802.11 e 802.16-2004 são desenhadas para tolerar latência de transmissão. O 802.11 tolera até 900 nano segundos de latência porque foi projetado para distância de até 100 metros. Já o 802.16-2004 tolera latências de até 10 microssegundos, mais de 1000 vezes do que o 802.11.

A camada MAC é significativamente diferente no WiFi que usa contenção de acesso – todas as estações que desejam transmitir para um ponto de acesso (AP – access point) competem entre si em base randômica. Em contraste, a camada MAC do 802.16 é alocada para a estação e só compete com as outras uma vez (na entrada inicial na rede). Depois disso, é alocado um time slot na estação base para a estação cliente. Esse time slot pode aumentar ou diminuir, porém sempre estará alocado para a estação. Esse algoritmo de alocação oferece mais eficiência na banda e permite que a estação base controle a qualidade de serviço (QoS).

A infraestrutura do WiMAX pode oferecer serviços de voz sobre IP (VoIP). Essa possibilidade é atrativa para as empresas e provedores de serviços de telecomunicações, porém ainda existem alguns obstáculos a serem transpostos. Primeiro, é a certificação de produtos de VoIP com o padrão WiMAX, segundo é o uso das frequências de 2.5-GHz e 3.5-GHz que podem estar em uso por outros serviços em alguns países.

Aplicações do WiMAX

O uso da tecnologia WiMAX é inicialmente recomendada para áreas rurais e de baixa densidade demográfica utilizando conexões P2P e P2MP, ou seja, conexões ponto-a-ponto e ponto-multiponto.

Uma combinação entre as tecnologias WiFi e WiMAX é apresentada na figura 1, onde se aproveita os baixos custos do WiFi para as conexões entre os clientes móveis de um prédio e a conexão WAN através de WiMAX até o provedor de Internet.


Figura 1. WiMAX como conexão WAN

Uma outra solução é usar o WiMAX como alternativa de conexão para gateways de WiFi a exemplo de conexões do tipo  E1 e DSL, como mostra a figura 2. Nesse caso, diferente do exemplo anterior o gateway WiFi já possui um chipset que se comunica diretamente com a antena do WiMAX, evitando a instalação de uma outra antena exclusiva para o WiMAX.


Figura 2. WiMAX como alternativa de conexão de gateways WiFi

No exemplo da figura 3 a rede wireless combina conexões em WiFi e WiMAX numa mesma rede, lembrando que isso é possível porque o WiMAX utiliza o mesmo protocolo LLC utilizado nas conexões WiFi.


Figura 3. WiMAX como alternativa para conexão com clientes.

Conclusão

O WiMAX pode ser encarado como uma solução complementar ao WiFi, entretanto ambas tecnologias estão evoluindo rapidamente, fazendo com que novas aplicações possam surgir, principalmente, utilizando os baixos custos da tecnologia WiFi.

O WiMAX poderá substituir as atuais conexões WiFi que utilizam frequências não licenciadas, ou seja, frequências ISM tipo 2.4-GHz em regiões urbanas e subúrbios, quando for aprovada a recomendação IEEE 802.16e para clientes móveis.

É esperado para 2005 a introdução de QoS nas soluções padronizadas de WiMAX para coberturas da última milha, ou seja, do ponto de acesso do provedor de serviços wireless até o assinante.

Bibliografia

pdf