Redes y Telecomunicaciones
Foro
I: Redes WiMax
Sub-Tema: El estándar IEEE 802.16 para Banda Ancha Inalámbrica
Responsable: Douglas Perdomo
IEEE 802
es un comité y grupo de estudio de estándares perteneciente al Instituto de
Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), que actúa sobre Redes de Ordenadores, concretamente y según su
propia definición sobre redes de área local (RAL, en inglés LAN) y redes de área
metropolitana (MAN en
inglés). También se usa el nombre IEEE 802 para referirse a los
estándares que proponen, y algunos de los cuales son muy conocidos: Ethernet (IEEE 802.3),
o Wi-Fi (IEEE 802.11),
incluso está intentando estandarizar Bluetooth en
el 802.15.
En febrero de 1980 se formó en el
IEEE un comité de redes locales con la intención de estandarizar un sistema de
1 o 2 Mbps, que básicamente era Ethernet (el de la época). Le tocó el número
802. Decidieron estandarizar el nivel físico, el de enlace y superiores.
Dividieron el nivel de enlace en dos subniveles: el de enlace lógico, encargado
de la lógica de re-envíos, control de flujo y comprobación de errores, y el
subnivel de acceso al medio, encargado de arbitrar los conflictos de acceso
simultáneo a la red por parte de las estaciones.
Para final de año ya se había ampliado el estándar
para incluir el Token Ring (Red en
anillo con paso de testigo) de IBM y un año después, y por presiones de grupos industriales, se
incluyó Token
Bus (Red
en bus con paso de testigo), que incluía opciones de tiempo real y
redundancia, y que se suponía idóneo para ambientes de fábrica.
Cada uno de estos tres "estándares" tenía
un nivel físico diferente, un subnivel de acceso al medio distinto pero con
algún rasgo común (espacio de direcciones y comprobación de errores), y un
nivel de enlace lógico único para todos ellos.
Después se fueron ampliando los campos de trabajo, se
incluyeron redes de área metropolitana (alguna decena de kilómetros), personal
(unos pocos metros) y regional (algún centenar de kilómetros), se incluyeron
redes inalámbricas
(WLAN), métodos de
seguridad, etc.
Generalidades
IEEE 802.16 es el nombre de
un grupo de trabajo del comite IEEE 802 y el nombre se aplica igualmente a los trabajos
publicados.
Se trata de una especificación para las redes de acceso
metropolitanas sin hilos de banda ancha
fijas (no móvil) publicada inicialmente el 8 de abril
de 2002. En esencia
recoge el estandar de facto WiMAX.
El
estándar actual es el IEEE 802.16-2005, aprobado en 2005.
El estandar 802.16 ocupa el espectro de
frecuencias ampliamente, usando las frecuencias desde 2 hasta 11 Ghz para la
comunicación de la última milla (de la estación base a los usuarios finales) y
ocupando frecuencias entre 11 y 60 Ghz para las comunicaciones con línea vista
entre las estaciones bases (BS).
Varios operadores y proveedores de servicios pueden estar no familiarizados con los detalles del estándar IEEE 802.16, pero esta tecnología inalámbrica está a punto de revolucionar el acceso de banda ancha de la industria. El estándar 802.16, la ‘Interfase de Aire para sistemas de Acceso Fijos de Banda Ancha’, es también conocido como la interfase de Aire IEEE WirelessMAN. Esta tecnología está diseñada desde cero para proveer acceso inalámbrico de última milla en la red de Area Metropolitana (MAN), con un desempeño comparable al que actualmente ofrecen los servicios tradicionales de cable, DSL o T1. La principal ventaja de los sistemas basados en 802.16 es que poseen la habilidad de proveer servicio rápidamente, aún en áreas difíciles de alcanzar por infraestructuras cableadas; y la habilidad de superar las limitaciones físicas de las tradicionales redes de infraestructura. Proveer una conexión alámbrica de banda ancha a un área actualmente sin servicio mediante una conexión DSL o de cable puede ser un proceso altamente costoso y largo de implementar en términos de tiempo, con el resultado de que grandes áreas a través de la tierra no poseen acceso a conectividad de banda ancha. La tecnología inalámbrica 802.16 provee una manera flexible en cuanto a costo y efectividad de llenar los espacios vacíos en cobertura de banda ancha creando nuevas formas de brindar servicios de banda ancha sin los ‘vicios’ conocidos del mundo alámbrico. Usando la experiencia de cientos de ingenieros de la industria de las comunicaciones, el IEEE ha establecido una jerarquía de estándares inalámbricos complementarios. Esto incluye el IEEE 802.15 para Redes de Area Personal (PAN), IEEE 802.11 para Redes de Area Local (LAN), 802.16 para Redes de Area Metropolitana, y el propuesto IEEE 802.20 para Redes de Area Amplia (WAN). Cada estándar mencionado representa una tecnología optimizada para un mercado y modelo de uso distinto y está diseñado para complementar los otros.
Un buen ejemplo es la proliferación de redes inalámbricas para hogares, oficinas y hot-spots comerciales, basados en el estándar 802.11. Esta proliferación de redes inalámbricas está conduciendo la demanda de conectividad de banda ancha a Internet, la cual puede ser provista por el 802.16 mediante un servicio de aire de largo alcance en términos relativos a la ubicación del proveedor del mismo. Para operadores y proveedores de servicio, los sistemas construidos sobre el estándar 802.16 representan un ‘tercer caño’ fácilmente desplegable capaz de ofrecer acceso de banda ancha de ultima milla flexible y accesible para millones de abonados de hogares y negocios.
Figura: El estándar IEEE 802.16 es uno de los numerosos estándares inalámbricos complementarios creados por el IEEE para ayudar a asegurar interoperabilidad y reducir el riesgo del desarrollo de la tecnología inalámbrica.
Historia
En Enero de 2003, el IEEE aprobó el estándar
802.16a, el cual cubre bandas de frecuencias entre 2 GHz y 11 GHz.
Este
estándar es una extensión del estándar IEEE 802.16 para 10-66 GHz publicado en
Abril de 2002. Este subrango de frecuencias en 11 GHz permite el desempeño de
enlaces sin ‘línea de vista’, haciendo al IEEE802.16a la tecnología apropiada
para aplicaciones de última milla donde los obstáculos como árboles y edificios
están siempre presentes y en donde las estaciones bases pueden necesitar ser
montadas sin discreciones en los techos de viviendas o edificios en vez de en
torres o montañas.
La
configuración más común 802.16a consiste en una estación base montada en un
edificio o torre que comunica en configuración punto-multipunto a abonados
ubicados en oficinas u hogares. El 802.16a posee un rango de hasta 48 Km con
celdas típicas de 6.5 a 9.5 Km. Dentro del radio de celda típico, el desempeño
sin línea de vista y throughpout son óptimos. En adición, el 802.16a provee una
tecnología inalámbrica ideal para conectar WLAN’s 802.11 y hotspots comerciales
con Internet. Con datos compartidos de hasta 75 Mbps, un ‘sector’ simple de una
estación base 802.16a – donde un sector es definido como un par simple de
radios transmisor/receptor en la estación base – provee suficiente ancho de
banda para soportar simultáneamente 60 puntos de negocio con conectividad nivel
T1 y cientos de hogares con conectividad nivel DSL, usando canales de 20 Mhz de
ancho de banda.
Para
soportar un modelo de negocio rentable, los operadores y proveedores de
servicio necesitan sostener una mezcla de abonados de alto nivel de ingresos y
un alto volumen de abonados residenciales. El 802.16a ayuda a satisfacer este
requerimiento mediante el soporte de niveles de servicio diferenciados, los
cuales pueden incluir servicios de nivel T1 garantizados para negocios, o
servicios DSL ‘best effort’ para usuarios residenciales. La especificación
802.16 también incluye funciones de seguridad robustas y la Calidad de Servicio
(QoS) necesaria para soportar servicios que requieren baja latencia como video
y voz. El servicio de voz 802.16 puede ser el tradicional TDM o voz sobre IP
(VoIP).
Aplicaciones
El estándar
802.16 ayudará a la industria a proveer soluciones a través de múltiples
segmentos de banda ancha.
Banda Ancha Residencial
Limitaciones
prácticas no permiten a las tecnologías de cable y DSL alcanzar numerosos
clientes potenciales de banda ancha. Las conexiones tradicionales DSL pueden
alcanzar sólo 5 Km desde la oficina central de conmutación. Las redes de TV por
cable también poseen estas limitaciones, careciendo las mas antiguas de vía de
retorno, por lo cual proveer a estas del servicio de banda ancha puede ser muy
costoso. El costo de tender redes de TV por cable es también prohibitivo para
la extensión de los servicios de banda ancha alámbricos en áreas con baja
densidad de abonados. La generación actual de sistemas inalámbricos
propietarios es relativamente costoso para despliegues de masa porque, sin el
estándar, pocas economías de escala son posibles. Este costo de ineficiencia va
a cambiar con el lanzamiento de sistemas basados en el estándar 802.16. En
adición, el rango de soluciones de 802.16a, la ausencia del requerimiento de
línea de vista, gran ancho de banda, y la inherente flexibilidad y bajo costo
ayudan a superar las limitaciones de las tecnologías alámbricas e inalámbricas
propietarias.
Áreas no cubiertas
La
tecnología inalámbrica basada en IEEE 802.16 es también una opción natural para
las áreas rurales no cubiertas y suburbios con baja densidad de población. En
estas áreas, instalaciones locales y gobierno trabajan juntos con los
proveedores de servicios inalámbricos de Internet (WISP) para brindar servicio.
Recientes estadísticas muestran que hay mas de 2500 WISPs (USA) que toman
ventajas del espectro no licenciado para brindar servicio a mas de 6000
mercados en USA (Fuente: ISP-Market 2002).En el mercado internacional, la
mayoría de los emprendimientos están en el espectro licenciado y son operados
por carriers locales que requieren servicios de voz en adición a datos de alta
velocidad.
Figura: El estándar IEEE 802.16 permite soluciones que cumplen con las necesidades de una variedad de segmentos de acceso de banda ancha.
Principales
Características: Tasa de Transferencia, Escalabilidad, QoS y Seguridad
a)
Tasa de Transferencia
Por medio de un robusto esquema de modulación, el IEEE 802.16 entrega una alta tasa de transferencia a altos rangos con un alto nivel de eficiencia espectral que es también tolerante a reflexiones de señal. La modulación dinámica adaptativa permite a la estación base negociar la tasa de transferencia por rangos. Por ejemplo, si la estación base no puede establecer un link robusto a un abonado distante usando el esquema de modulación de mayor orden, 64 QAM (Modulación por Amplitud en Cuadratura), el orden de modulación se reduce a 16 QAM o QPSK, la cual reduce la tasa de transferencia e incrementa el rango efectivo.
Figura: El estándar IEEE 802.16 permite conexiones punto-multipunto fuera de la línea de vista y aplicaciones de enlaces en línea de vista.
Escalabilidad
Para acomodar un planeamiento de celda fácil en el espectro de ambas bandas licenciada y no licenciada-exenta en todo el mundo, el 802.16 soporta canales de ancho de banda flexibles. Por ejemplo, si un operador tiene asignado 20 MHz de espectro, este operador puede dividirlo en 2 sectores de 10 MHz cada uno, o 4 sectores de 5 MHz cada uno. Focalizando potencia en sectores de pequeños incrementos, el operador puede incrementar el número de usuarios manteniendo un buen rango y tasa de transferencia. Para escalar aun más la cobertura, el operador puede rehusar el mismo espectro en dos o más sectores creando aislaciones propias entre las antenas de estaciones base.
Cobertura
En adición al soporte de un esquema de modulación robusto y dinámico, el estándar IEEE 802.16 también soporta tecnologías que incrementan la cobertura, incluida la tecnología de malla (mesh) y las técnicas de ‘antena inteligente’. Mientras la tecnología de radio mejora y los costos bajan, la habilidad de incrementar la cobertura y la tasa de transferencia usando múltiples antenas para crear ‘diversidad en transmisión y/o recepción’ aumentará sensiblemente la cobertura en escenarios extremos.
Calidad
de Servicio
La capacidad de voz es extremadamente importante, especialmente en mercados internacionales no cubiertos por servicio. Por esta razón el estándar IEEE 802.16a incluye
características de calidad de servicio que permiten servicios incluyendo voz y video que requieren una red de baja latencia. Las características de ‘garantía’ requeridas por el controlador de acceso al medio (MAC) del IEEE 802.16, permiten al operador brindar simultáneamente niveles de servicio Premium garantizados para negocios, tanto como niveles
de servicio T1, y servicio de alto volumen ‘best effort’ a hogares, similares a niveles de servicio de cable, todos dentro de la misma área de servicio perteneciente a una estación base.
Seguridad
Características de privacidad y encriptado están incluidas dentro del estándar 802.16 para soportar transmisiones seguras y proveer autenticación y encriptado de datos. El estándar IEEE 802.16 está diseñado para el espectro de bandas licenciadas y no licenciadas-exentas para acomodar fácilmente el planeamiento de celdas a través del mundo.
Infografía
http://www.mundoenlinea.cl/noticia.php?noticia_id=553&categoria_id=45
http://www.itba.edu.ar/capis/epg-tesis-y-tf/kaen-trabajofinaldeespecialidad.pdf
http://www.tele-semana.com/archivo/Download.php?c=0148611026022-478
"http://es.wikipedia.org/wiki/WiMAX"