Land Owners and PES

Upper layer Entity Upper layer Entity

SDU SDU SAP SAP SAP SAP Downlink Classifier CID 1 CID 2 ….. CID n { SDU, CID,…} BS SS 802.16 MAC CPS 802.16 MAC CPS { SDU, CID,…} Reconstitution

Upper layer Entity Upper layer Entity

SDU SDU SAP SAP SAP SAP Downlink Classifier CID 1 CID 2 ….. CID n { SDU, CID,…} BS SS 802.16 MAC CPS 802.16 MAC CPS { SDU, CID,…} Reconstitution

Figura 67: Diagrama de la Arquitectura 802.16.

El plano superior puede estar implementado ya sea como un bridge, router o un host. Cuando la Unidad de Servicio de Datos (SDU: Service Data Unit) llega a una sub-capa de Convergencia, el Clasificador de esta capa clasifica el tipo de tráfico y lo mapea a una Identidad de Conexión (CID: Connection ID) en particular y donde cada CID refiere a un profile específico. Cada profile describe varias características como el esquema de modulación o FEC (Forward Error Correction) entre

otros. De esta forma, luego de que se definen los CID entre la estación base (BS: Base Station) y la estación suscriptora (SS: Subscriber Station), el header de información de carga es suprimido.

Dentro de la arquitectura WiMAX existen dos capas que determinan en gran parte sus características, estas capas son la capa física (PHY) y la capa MAC (Media Access Control)

3.5.1.1.Capa Física (PHY)

El estándar 802.16 trabaja en variadas bandas de frecuencia. Estas se pueden dividir en dos grupos principales: bandas licenciadas, entre los 10 y 66 GHz; y bandas de uso libre, entre 2 y 11 GHz. Durante el desarrollo de esta tecnología, se fueron implementando distintos tipos de interfaces aéreas, donde las principales se resumen en la Tabla 14.

Tabla 14: Resumen de Interfaces Aéreas de 802.16.

Designación Aplicabilidad Duplexación

Wireless MAN-SC ^{10-66Ghz Licenciado} 2-11Ghz Licenciado

TDD, FDD, HFDD TDD, FDD Wireless MAN-OFDM ^{2-11Ghz Licenciado}

2-11Ghz Exento de licencia TDD, FDD TDD Wireless MAN-OFDMA 2-11Ghz Licenciado 2-11Ghz Exento de licencia TDD, FDD TDD 3.5.1.1.1. Multiplexación

WiMAX 802.16-2004 utiliza multiplexación OFDM, lo que le permite contar con 256 canales. La técnica OFDM es un sistema digital de codificación y modulación basada en la técnica FDM o multiplexación en frecuencia donde una estación transmisora puede enviar datos a través de distintos canales en frecuencias ortogonales, es decir, frecuencias independientes bastante cercanas unas de otras por lo que los canales deben ser de banda estrecha y, aún así, los canales se traslapan.

Dentro de los principales errores que afectan a una señal aérea se encuentran la interferencia inter-símbolos y el desvanecimiento de la señal producido por trayectorias múltiples. Para evitar esto, se debe esperar un tiempo determinado entre el envío de un símbolo y otro. Este intervalo de tiempo se llama intervalo de guardia y hace ineficiente el uso del espectro. Para optimizar este efecto, OFDM divide la transmisión en sub-portadoras con el mismo tiempo de guardia, de forma que el tiempo de transmisión de los símbolos se multiplica por el número total de sub-portadoras.

Como las señales pueden presentar desvanecimientos en ciertas frecuencias, en OFDM sólo algunas sub-portadoras se ven afectadas, sin embargo, los códigos de información de errores proveen información redundante que permite a los receptores recuperar la información de estas sub-portadoras, logrando finalmente que la técnica OFDM sea más robusta al desvanecimiento.

Por otra parte, las sub-portadoras pueden modularse individualmente mediante técnicas como BPSK, QPSK, 16-QAM o 64-QAM. Luego de la modulación, los datos de todas las sub-portadoras se traspasan a una única cadena de símbolos mediante una transformada de Fourier inversa rápida (IFFT), para en el receptor aplicar una FTT que permite demodular cada sub-portadora independientemente.

Dado que las sub-portadoras son ortogonales, éstas pueden traslaparse. Pero para esto, cuando la potencia de una de las portadoras esté en su máximo, la potencia del resto de las sub-portadoras debe ser nula, como se muestra en la Figura 68.

Figura 68: Ortogonalidad en OFDM.

En cuanto a la versión 802.16e, ésta utiliza una modificación de OFDM conocida como OFDMA. OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) es un esquema de múltiple-acceso/multiplexación que provee operaciones de multiplexación de los flujos de datos desde múltiples usuarios a los sub-canales downlink y acceso múltiple uplink mediante los sub-canales uplink. Así, a cada usuario se le asigna una o más sub-portadoras de forma que comportan un determinado ancho de banda. En la Figura 69 se observa la diferenciación entre OFDM y OFDMA.

Figura 69: OFDM y OFDMA.

En OFDMA, la subcanalización define sub-canales que pueden asignarse a diferentes suscriptores dependiendo de las condiciones del canal y sus requerimientos de datos, de forma de permitir un uso más eficiente de los recursos.

802.16e está basado en la enmienda SOFDMA (Scalable OFDMA), la cual escala el tamaño de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) al ancho de banda del canal de forma de mantener el espaciado entre carriers constante en canales con distinto ancho de banda. De esta forma, el espaciado constante permite una mayor eficiencia espectral en canales anchos y reducción de costos en canales angostos.

3.5.1.2.Capa de Control de Acceso al Medio (MAC)

La capa MAC se encarga de administrar eficientemente los recursos de la interfaz aérea. Soporta servicios de banda ancha Punto-a-Multipunto (PMP) y Mesh, además soporta QoS y seguridad, entre otros. Como la capa MAC debe soportar diversas tecnologías en el backhaul, en la parte superior de ésta existe una sub-capa de Convergencia. Además cuenta con una capa de seguridad, que permite la autentificación, acceso a la red o encriptación de datos.

3.5.1.2.1. Soporte de QoS

Tanto 802.16-2004 como 802.16e implementan QoS en la capa MAC. Los parámetros de QoS son negociados durante el establecimiento de sesión entre la BS y SS. El tipo de QoS se provee a través de flujos de servicios que corresponden a flujos unidireccionales de paquetes con un conjunto de parámetros particulares de QoS. Los parámetros del flujo de servicio pueden ser administrados dinámicamente a través de mensajes MAC para acomodarse a una demanda dinámica de servicios. En la Tabla 15 se observan los tipos de aplicaciones y QoS de WiMAX móvil.

Tabla 15: Aplicaciones y QoS para WiMAX.

Categoría de QoS Aplicaciones Especificaciones de QoS

UGS Unsolicited Grant

Service

VoIP

¾ Máxima velocidad sostenida ¾ Máxima tolerancia a la latencia ¾ Tolerancia al Jitter

rtPS Real-Time Polling

Service

Streming de audio o video

¾ Mínima velocidad reservada ¾ Máxima velocidad sostenida ¾ Máxima tolerancia a la latencia ¾ Prioridad de Tráfico

ErtPS Extended Real-Time

Polling Service

Voz con detección de actividad (VoIP)

¾ Mínima velocidad reservada ¾ Máxima velocidad sostenida ¾ Máxima tolerancia a la latencia ¾ Tolerancia al Jitter

¾ Prioridad de Tráfico nrtPS

Non-Real-Time Polling Service

File Transfer Protocol (FTP)

¾ Mínima velocidad reservada ¾ Máxima velocidad sostenida ¾ Prioridad de Tráfico

BE

Best Effort Service

Transferencia de datos, navegación en la Web, etc.

¾ Máxima velocidad sostenida ¾ Prioridad de Tráfico

3.5.1.2.2. Seguridad

WiMAX móvil soporta varias características de seguridad, entre ellas el soporte de autentificación mutua de dispositivo/usuario, protocolo de administración flexible de claves y una fuerte encriptación de tráfico. Los aspectos de uso de las características de seguridad son:

¾ Protocolo de Administración de Clave: La base de la seguridad en WiMAX Móvil es el protocolo PKMv2 (Privacy and Key Management Protocol Version 2). Se basan en este protocolo la autentificación, control de encriptación de tráfico, intercambio de clave en el handoff y mensajes de seguridad Multicast/Broadcast.

¾ Autentificación Dispositivo/Usuario: WiMAX Móvil soporta la autentificación de dispositivo y usuario con el protocolo EAP de la IETF, el que provee soporte para

credenciales basadas en SIP, USIM, Certificado Digital, basado en Nombre de Usuario o Password.

¾ Encriptación de Tráfico: Se utiliza cifrado AES-CCM para proteger los datos de usuario sobre la interfaz MAC de WiMAX Móvil. Las claves usadas para el cifrado se generan por la autentificación EAP. La máquina de estado de encriptación de tráfico posee un mecanismo de refresco de clave periódico (TEK) para mayor protección.

¾ Protección de mensajes de Control: El control de datos se protege usando AES o MD5. ¾ Soporte de Handoff Rápido: WiMAX Móvil soporta un esquema de Handshake de 3 vías

para la re-autentificación de forma de soportar handoffs rápidos. Este mecanismo además es útil para prevenir ataques del tipo man-in-the-middle. El término Handshake (o “Apretón de Manos”) es referido en telecomunicaciones a una comunicación en que ambas partes involucradas requieren de manifestaciones de disponibilidad y/o autenticidad de su compañero.

Existen varias otras características de WiMAX dignas de ser mencionadas, en la sección 9.5 de Anexos se mencionan las principales de ellas.