caracteristicas y topologias de una red wimax
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CAPÍTULO III. CARACTERÍSTICAS Y TOPOLOGÍAS DE UNA RED
WIMAX
3.1. Características de una red WiMAX
3.1.1. Rango de cobertura WiMAX
Se tiene dos probables tipos de estaciones base y sus capacidades:
1. Estación Base estándar con:
Implementación WiMAX básica: Esto incluye las mínimas capacidades
obligatorias para la Estación Base.
Potencia de salida RF (Radio Frecuencia) estándar para una Estación Base de
bajo costo; esta especificación nos da el fabricante.
2. Estación Base con Funcionalidad Completa:
Potencia de Salida RF superior a la estación base estándar; la especificación
nos da el fabricante.
Combinación de diversidad Tx/Rx (Transmisión/Recepción) con codificación
espacio-tiempo y recepción MRC (Combinación de Relación Máxima).
Subcanalización.
ARQ (Requerimiento de Repetición Automática).
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Los dos tipos de Estaciones Base WiMAX pueden ser compatibles, sin
embargo el rendimiento que puede alcanzar cada Estación Base es totalmente
diferente.
En la Tabla 3.1 se asume que un subcanal simple es usado para extender el
límite de la celda lo más lejos posible.
Tabla 3.1 Ejemplo Estación Base estándar Vs. Funcionalidad Completa
El rendimiento que se puede alcanzar con el equipo de abonado indoor
autoinstalable con funcionalidad completa, incrementa en 10 veces el área de
cobertura sobre el estándar.
La Figura 3.1 representa un diagrama donde se observa las diferencias LOS y
NLOS de los dos diferentes tipos de estaciones base.
Figura 3.1 Radio de Celda para Funcionalidad Completa Vs. Estándar
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3.1.2. Escalabilidad.
El estándar 802.16 soporta canales de Ancho de Banda Flexibles para adaptar
una proyección de las celdas factible en el espectro de ambas bandas, licenciada y no
licenciada.
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 un aislamiento entre las antenas de estaciones
base.
3.1.3 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.
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3.1.4. 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.
3.1.5. Seguridad.
Al contrario de las tradicionales tecnologías WLAN, WiMax nace con una
solución robusta en materia de seguridad. WiMax proporciona un nivel de control de
acceso al medio (MAC) que utiliza un mecanismo de grant-request para autorizar el
intercambio de datos.
El mecanismo permite:
Mejor eficiencia del medio radioeléctrico.
Utilización de antenas de menor tamaño.
Control individual del tráfico del usuario.
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Esto simplifica el soporte de servicios que requieran comunicaciones en
tiempo real o aplicaciones de comunicaciones de voz.
La seguridad ha sido uno de los mayores problemas encontrados por los
usuarios en las WLAN. Las versiones iniciales disponían de mecanismos de
seguridad poco elaborados, y era relativamente sencillo que personas no autorizadas
consiguieran el acceso a las redes.
WiMax propone una serie de características muy completas en materia de seguridad:
Autentificación de usuario en base a protocolo EAP (Extensible
Authentication Protocol).
Autentificación del terminal por intercambio de certificados digitales que
impiden la conexión de terminales no autorizados.
Cifrado de las comunicaciones utilizando algoritmos como el DES (Data
Encryption Standard) o el AES (Advanced Encryption Standard), mucho más
robustos que el Wíreles Equivalent Privacy (WEP) utilizado inicialmente en
las WLAN. Adicionalmente cada servicio es cifrado con la asociación
específica de clave pública/clave privada.
3.2. Topologías de Red
Existen varias topologías de despliegue de red que pueden ser soportadas en
las redes WiMax. Es posible desplegar una red cableada dedicada a la interconexión
de estaciones base, o bien realizar estas conexiones en base a circuitos radio PTP
(Punto a Punto) en la banda de microondas, o inclusive emplear WiMax para estos
circuitos PTP entre estaciones.
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Las estaciones base son capaces de soportar su propia interconexión,
dividiendo el ancho de banda disponible entre el dedicado a las comunicaciones de
usuarios y el dedicado a la interconexión de las diferentes estaciones base.
3.2.1. Topología Punto a Punto
Figura 3.2 Conexiones Punto a Punto.
En la configuración de la figura 3.2 podemos unir diferentes edificios o
estaciones base mediante circuitos radioeléctricos dedicados a cada una de las
conexiones.
3.2.2. Topología Punto Multipunto
En la figura 3.3, se muestra una arquitectura PTM (Punto a Multipunto), en la
que cada una de las estaciones base establece conexiones con varias estaciones
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remotas (para redes que trabajan en la banda inferior de las frecuencias de
microondas).
La arquitectura PTM representa la arquitectura más extendida que la
topología Punto a Punto. PTM permite al operador de red alcanzar el mayor número
de usuarios al menor coste y limita el número de routers y switches necesarios para
operar la red.
Figura 3.3. Conexiones Punto Multipunto.
PTM ha sido recomendado en ocasiones también para su uso en bandasmilimétricas. El problema radica en la topografía de la mayor parte de las ciudades,
que podrían ser los principales mercados para este tipo de servicios.
El enlace inalámbrico del 802.16 opera con antenas sectoriales, que consisten
en un conjunto de antenas direccionales distribuidas alrededor de un mástil central, la
cual es capaz de manejar múltiples sectores independientes simultáneamente.
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Cada antena define un sector, un área donde la frecuencia puede ser rehusada.
Los sectores también pueden ser desarrollados en base a arrays de antenas, donde un
conjunto de dipolos son combinados y se consiguen lóbulos direccionales para variar
las relaciones de fase de las señales de cada una de las antenas. Las relaciones de fase
son modificadas electrónicamente y, en el caso de antenas adaptativas, el sistema es
capaz de ajustar la anchura y dirección del lóbulo para facilitar la mejor conexión
con un determinado usuario. Son las conocidas antenas inteligentes.
Dentro de un canal de frecuencia dada y un sector de antena, todas las
estaciones reciben la misma transmisión o parte de la misma. La BS es el único
transmisor funcionando en esta dirección, de manera que transmite sin necesidad de
coordinar con otras estaciones, excepto por la duplexión por división de tiempo que
puede dividir en períodos de transmisión de uplink y downlink. “El downlink es
generalmente broadcast”.
Las SS (Estacion de Abonado) comparten el uplink hacia la BS bajo
demanda. Dependiendo de la clase de servicio utilizada, la SS puede mantener los
derechos de transmisión o el mismo puede ser garantizado por la BS luego de recibir
el pedido por parte del usuario.
Dentro de cada sector, los usuarios adhieren a un protocolo de transmisión
que controla la contención entre usuarios y faculta al servicio a ser acomodado a los
requerimientos de Ancho de Banda y retardo de cada aplicación de usuario.
3.2.3. Topologia Mesh (Malla)
La figura 3.4 representa una arquitectura de red mallada (red mesh). En una
red mesh cada terminal de usuario es capaz de establecer varios enlaces con usuarios
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adyacentes. De esta forma, existen una serie de alternativas antes de llegar al punto
origen de la red.
Figura 3.4. Mesh networking.
Algoritmos especiales de encaminamiento son capaces de direccionar las
comunicaciones por el camino mas adecuado en cada momento; si un equipo de
cliente deja de funcionar, la red sigue funcionando por caminos alternativos.
La diferencia principal entre los modos Mesh y PTM radica en que en el
modo PTM el tráfico sólo ocurre entre la BS y SS, mientras que en el modo Mesh el
tráfico puede ser ruteado a través de SSs y puede ocurrir directamente entre SSs.
Dentro de una red Mesh, un sistema que posee conexión directa a los
servicios de backhaul afuera de la red Mesh es denominado un Mesh BS. Todos los
otros sistemas de la red Mesh son denominados Mesh SS. En general, los sistemas de
la red Mesh son denominados nodos.
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Dentro de un contexto Mesh, el uplink y downlink son definidos como tráfico
en la dirección de la Mesh BS y fuera de tráfico desde la Mesh BS respectivamente.
Los otros 3 términos importantes en un sistema Mesh son vecino, vecindario
y vecindario extendido.
Las estaciones con las que el nodo tiene vínculo directo son llamadas vecinas.
Los vecinos de un nodo deben formar un vecindario. Un vecino de nodo es
considerado estar a un hop o salto del nodo.
Un vecindario extendido contiene, adicionalmente todos los vecinos de un
vecindario.
En un sistema Mesh no sólo la Mesh BS puede transmitir sin tener que
coordinar con los otros nodos. Usando programación distribuida, todos los nodos
incluidos la Mesh BS deberían coordinar sus transmisiones en su vecindario.
Todas las comunicaciones están en el contexto de enlace, el cual es
establecido entre dos nodos. Un enlace debe ser usado por todas las transmisiones de
datos entre dos nodos. El QoS es provisto a través de los enlaces por los mensajes.
La clasificación de tráfico y regulación de flujo son implementados al ingreso de
nodo por clasificación de capa alta/regulación de protocolo.
Los parámetros de servicios asociados para cada mensaje deben ser comunicados
juntos con el contexto de mensaje vía la MAC.
Los sistemas Mesh son típicamente omnidireccionales o para antenas
dirigidas de 360º.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
CONCLUSIONES
El sistema WiMAX, en su versión fija, está indicado para sustituir al tendido
del cableado telefónico. Tecnológicamente, esta opción es viable, puesto que el
coste de instalar una estación base enlazada mediante canales de radio es
mucho menor que el de utilizar 2 o 3Km de cable. Por lo tanto, WiMAX se
presenta como una alternativa para ofrecer el acceso de última milla en
aquellas zonas donde la cobertura de Banda Ancha es insuficiente (zonas
rurales o suburbanas), donde el tendido de cable es prácticamente imposible de
realizar.
La tendencia actual en telecomunicaciones es la convergencia de servicios,
tecnologías, estándares; los cuales deben estar soportados por accesos de banda
ancha, en la actualidad este tipo de acceso está limitado a las grandes ciudades
y a los sectores con recursos económicos para utilizar estos servicios.
Dada la tendencia de los usuarios residenciales de adquirir accesos de banda
ancha, es altamente probable que WiMAX surja como la tecnología de acceso
a Internet para los usuarios finales.
Existe la tendencia mundial, al incremento de las aplicaciones multimedia en
Internet por lo que cada vez aumenta la necesidad de más ancho de banda. Los
sitios en Internet cada vez son más interactivos por lo que exigen más
velocidad de conexión.
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WiMAX es una solución que ya ha encontrado su espacio en la banda ancha
inalámbrica ya sea para hacer funciones de backhaul de redes Wi-Fi, redes
celulares, o para ofrecer servicios tipo DSL a hogares o negocios.
Evidentemente, al producirse una convergencia se podrá ofrecer VoIP,
(actualmente ya se da a través de DSL o Cable), y movilidad, lo que significa
que el usuario no va a desterrar una tecnología sobre otra.
Los Costos de infraestructura de estos sistemas, no son baratos, pero sus costos
de operación son muy bajos. Así se mejoraría la conectividad y la
comunicación digital, con todas sus ventajas.
Estos sistemas pueden ser compartidos entre varias organizaciones,
aumentando la sostenibilidad, formando redes privadas, independientes de la
red nacional y la infraestructura existente.
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RECOMENDACIONES
Para promover el uso de los estándares WiMAX, es necesario que los
fabricantes de dispositivos electrónicos lleguen a acuerdos para desarrollar esta
tecnología, dando lugar a certificaciones que aseguren la compatibilidad y la
interoperabilidad de antenas, procesadores o receptores.
Teniendo en cuenta la convergencia de servicios, la autoridad reguladora
deberá promover el uso eficiente del espectro radioeléctrico, facilitando la
prestación de múltiples servicios en una misma banda de frecuencias.
Las condiciones de funcionamiento deben respetarse para evitar cualquier
riesgo en cuanto a los posibles efectos de las emisiones radioeléctricas sobre la
salud de las personas.