Protocolos de Comunicación Inalámbrica: KMP, IEEE 802.15.4 y WiMAX

Protocolo KMP

El protocolo KMP está diseñado para operar sobre una variedad de PHY inalámbricas. En algunos KMP, el tamaño del mensaje excede incluso el tamaño de paquete PHY más grande admitido por cualquier PHY definido en los estándares de referencia. Por estos motivos, la fragmentación y el reensamblaje de los mensajes KMP es esencial.

El servicio de datos MPX proporciona la forma de fragmentar y multiplexar paquetes enviados por las capas superiores y enviarlos mediante el servicio de datos MAC. La interfaz entre el servicio de datos MPX y las capas superiores incluye el MultiplexID y la carga útil que se enviará o la carga recibida. El servicio KMP utilizará las primitivas MPX-DATA para enviar y recibir paquetes, y la capa superior de DATA hablará con los servicios de KMP a través de las primitivas de KMP. MLME-SAP no se usa. Las claves generadas por el KMP se envían a la capa superior de DATA, que luego las instalará en la subcapa MAC.

Seguridad

La información de seguridad entre dos dispositivos se mantiene en una asociación de seguridad (SA). El rol de un KMP es configurar y mantener una SA entre dos o más dispositivos. Las SA pueden ser unidifusión o SA de grupo.

Enrutamiento de Paquetes en IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 - X. 802.15.10 Routing Packets

Este estándar de enrutamiento de capa 2 (L2R), define un protocolo que enruta paquetes en una red IEEE 802.15.4 que cambia dinámicamente con un impacto mínimo de la administración de rutas. Una malla L2R permite aumentar el alcance de una red de área personal inalámbrica (WPAN) mientras se mantiene una baja transmisión de potencia. El protocolo L2R proporciona enrutamiento para redes de pequeña, mediana y gran escala con decenas a miles de dispositivos. El enrutamiento L2R se puede usar en diversas aplicaciones, como la medición inteligente, la ciudad inteligente y otras aplicaciones de control y monitoreo.

Propósito

Este estándar facilitará el enrutamiento de paquetes en redes inalámbricas que cambian dinámicamente. En particular, proporcionará un manejo automático de las capacidades relacionadas con la ruta, como las siguientes:

• Descubrimiento y adición de nuevos nodos
• Establecimiento de ruta
• Reconfiguración de ruta dinámica
• Restablecimiento de rutas rotas / perdidas
• Purga de rutas inactivas
• Intercambio de información de estado de enlace en tiempo real
• Soporte para difusión
• Soporte para multicast
• Reenvío de fotogramas

IEEE 802.16 - WiMAX

Introducción a WiMAX

WiMAX "Worldwide Interoperability for Microwave Access", es decir, Interoperabilidad mundial en el acceso a través de microondas, es un consorcio de distintas empresas que se formó en Abril del año 2001 con un objetivo muy claro: asegurarse de la interoperabilidad y mantenimiento de la norma 802.16-2001 por parte de los productos de acceso de banda ancha inalámbricos. Las organizaciones fundadoras fueron Ensemble, CrossSpan, Harris y Nokia. Más tarde se unieron el OFDM Forum y Fujitsu, ambos en el año 2002; y no fue hasta Marzo del 2003, después de algunos esfuerzos por parte de los que ya estaban dentro, cuando se unieron a WiMAX, empresas como Aperto, Alvarion, Proxim o Intel entre otras.

WiMAX surge porque lo hizo la norma IEEE 802.16. Esta nace en el año 2001, para encargarse del desarrollo global de las redes locales metropolitanas inalámbricas. El estándar IEEE 802.16 forma parte de la familia de estándares para redes de área local y metropolitana del IEEE 802, especifica sobre Acceso Inalámbrico de Banda Ancha, opera a través de un proceso abierto y acreditado para desarrollar estándares de interfaz aérea WirelessMAN para redes de área metropolitana inalámbricas de banda ancha. Por lo tanto, aunque no significan lo mismo, cuando uno se refiere a WiMAX, también se puede estar refiriendo a la norma 802.16 y sus variantes.

Características

• Utiliza la multiplexación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) la que permite la transmisión en distintas frecuencias simultáneamente. Utiliza espaciamiento ortogonal con lo que se puede garantizar que no exista interferencia entre estas.
• Soporta mecanismos de antenas inteligentes, los cuales mejoran la eficiencia espectral en sistemas inalámbricos y distintos tipos de antenas.
• Soporta redes punto multipunto y redes de malla.
• Presenta una calidad de servicio (QoS) para los operadores NLOS consiguiendo que la señal no se distorsione severamente por la existencia de edificios ni otras posibles causas de interferencia.
• Soporta las multiplexaciones TDM y FDM, tal que permite la interoperabilidad entre los sistemas celulares (FDM) y los inalámbricos (TDM).
• Como medidas de seguridad, incluyen mecanismos de criptografía y seguridad propios del sistema.
• Posee un ajuste dinámico del tamaño del paquete de transmisión.
• Tiene aplicaciones de voz, datos y vídeo.
• El sistema WIMAX presenta técnicas de modulación adaptativa dependiendo de las condiciones de la relación señal a ruido (SNR).
• Técnicas como FEC, códigos convolucionales, y otros algoritmos son usados para poder detectar y corregir errores, ayudando a mejorar la relación señal a ruido o SNR. Se incorpora el ARQ (Automatic repeat request), para solucionar los errores que no puede solucionar la FEC.
• En las estaciones base son implementados Algoritmos de control de potencia de tal manera que regulan los niveles de potencia en los CPE (Customer Premise Equipment), de tal forma que la potencia recibida en la estación base sea ya predeterminada. Con esto se logra un ahorro en la potencia consumida en los CPEs.

Topologías de Red

El estándar IEEE 802.16 define dos posibles topologías de red:

• PMP (Point-to-Mulipoint): el tráfico solo entre la BS y los SS’s, es una topología centralizada, en donde la BS es el centro del sistema.
• Mesh (malla): en esta topología, el tráfico puede ser ruteado hacia otra SS, mientras que las BS pueden hacerlo solo entre SS’s. Sus elementos se denominan nodos. Cada estación puede crear su propia comunicación, con cualquier otra estación en la red, es decir, no se restringe solo a establecer comunicación con la SS. Su ventaja es que el alcance de la BS puede ser más grande dependiendo del número de saltos a la SS más lejana. Cada nodo recibe un identificador de 16 bits o Node ID.

Evolución de los Estándares

Estándar 802.16

Estándar publicado en abril de 2001 que se refería a enlaces fijos radio con línea de visión directa entre el transmisor y el receptor utilizando frecuencias dentro de la banda de 10 a 66 GHz para proporcionar velocidades de transmisión de hasta 134 Mbps y sin movilidad. Proporciona acceso inalámbrico de banda ancha, configuración de red Punto a Punto (P2P) o Punto multipunto (PMP). Soporte para TDD (Multiplexación por División de Tiempo) y FDD (Multiplexación por División de Frecuencia).

Estándar 802.16a

Estándar que se publicó un año más tarde, en marzo del 2003, y fue entonces cuando WiMAX, como una tecnología de banda ancha inalámbrica, empezó a cobrar relevancia. Esta modificación también estaba pensada para enlaces fijos, pero llegó a realizar modificaciones de control de acceso y de especificaciones de la capa física logrando una distancia de operatividad de 40 a 70 kilómetros y operando en la banda de 2 a 11 GHz, parte del cual es de uso común, y no requiere licencia para su operación. Es válido para topologías punto a multipunto y, opcionalmente, para redes en malla, y no requiere línea de visión directa y permite transmitir sobre ellas velocidades teóricas de hasta 75 Mbps. Emplea las bandas de 3.5 GHz y 10.5GHz, válidas internacionalmente, que requieren licencia (2.5 – 2.7 GHz en EEUU), y las de 2.4 GHz y 5.725 – 5.825 GHz que son de uso común y no requieren disponer de licencia alguna.