Camada MAC 24

A camada MAC (Medium Access Control) do WiMAX assegura várias medidas de QoS (Quality of Service) nunca vistas, anteriormente, noutras normas de redes sem fios. A mais valia desta camada consiste em dispor de uma largura de banda dinâmica que ultrapasse as habituais degradações do serviço, jitter e latência (extremo a extremo). O protocolo MAC do WiMAX foi projectado para aplicações de acesso a banda larga sem fios ponto-multiponto. O acesso e os algoritmos de atribuição de largura de banda acomodam centenas de terminais por canal e múltiplos utilizadores finais podem repartir esses terminais. Os utilizadores finais querem cada vez mais serviços, da mais variada natureza, desde dados e voz, conectividade IP (Internet Protocol) e VoIP (Voice

over IP). Para suportar estes serviços, a camada MAC acomoda tanto tráfego em rajada

como contínuo. Adicionalmente, estes serviços terão parâmetros de QoS dependendo do tipo de tráfego [Ohrt05].

O protocolo MAC do WiMAX suporta uma variedade de requisitos de backhaul (espinha dorsal da rede) incluindo protocolos baseados em pacotes e ATMng (Advanced

Traffic Management). A sub-camada de convergência, Figura 3.1, mapeia o tráfego

especifico da camada de transporte para a camada MAC; esta característica é suficientemente flexível para transportar qualquer tipo de tráfego. A sub-camada de convergência e a camada MAC, no seu conjunto, suprimem o cabeçalho, empacotam e fragmentam o tráfego para o transportar mais eficazmente do que o mecanismo original.

3.3.1 Características da camada MAC da norma IEEE 802.16

O protocolo MAC da norma IEEE 802.16 atende à necessidade de ritmos de transmissão elevados, tanto para o sentido ascendente como para o sentido descendente da ligação. Os algoritmos para atribuição de largura de banda e controlo de acesso deverão acomodar centenas de terminais por canal, que poderão ser compartilhados por vários utilizadores. Os serviços solicitados pelos utilizadores são variados e incluem TDM de voz e dados, conectividade IP e VoIP, entre outros. Para oferecer suporte a essa variedade de serviços, a camada MAC IEEE 802.16 deve acomodar tráfego contínuo e de rajada. Adicionalmente, esses serviços irão associar níveis de QoS

(Quality of Service) de acordo com o tipo de tráfego. A camada MAC IEEE 802.16 fornece uma larga escala de tipos de serviço, análogos às categorias de serviço mais clássicas como as do ATM (Asynchronous Transfer Mode) e até categorias mais recentes tais como o GFR (Guaranteed Frame Rate). Além disso, oferece suporte às várias especificações da camada PHY, personalizadas para a banda de frequência em utilização, e às regulamentações associadas à mesma [Eklu02].

O protocolo MAC IEEE 802.16 deve oferecer suporte a uma variedade de requisitos de

backhauls, incluindo o modo de transferência assíncrono, ATM e protocolos baseados

em pacotes. A sub-camada de convergência é utilizada para mapear o tráfego específico da camada de transporte para a camada MAC, que é suficientemente flexível para transmitir de forma eficiente qualquer tipo de tráfego. Através de características como a supressão de cabeçalho da porção de dados, empacotamento e fragmentação, a sub- camada de convergência e a camada MAC trabalham em conjunto para transmitir o tráfego de uma forma mais eficiente do que o mecanismo de transporte original.

Questões que dizem respeito à eficiência do mecanismo de transporte são tratados na interface entre a camada MAC e a camada PHY. Por exemplo, os tipos de modulação e codificação são especificados num perfil de rajada que pode ser ajustado adaptativamente para cada utilizador, de forma a optimizar a utilização da largura de banda garantindo a disponibilidade da ligação de dados.

O mecanismo de requisição-concessão (controlo de acesso) é projectado para ser escalável, eficiente e auto-ajustável. O sistema de acesso da norma IEEE 802.16-2004 não perde em eficiência quando são utilizadas várias ligações por terminal, com diversos níveis de QoS, e um grande número de utilizadores multiplexados estatisticamente. Ele emprega uma larga variedade de mecanismos de requisitos, equilibrando a estabilidade do acesso sem contenção com a eficiência do acesso orientado à contenção.

Enquanto as especificações referentes aos mecanismos de atribuição de largura de banda e de QoS foram amplamente discutidas, os detalhes referentes às técnicas de escalonamento e gestão de reservas não foram normalizadas, apontando aos fabricantes um factor importante que pode ser explorado e oferecido aos utilizadores como um diferencial nos seus equipamentos. A proposta mais significativa que aborda o mecanismo de escalonamento de recursos para a norma IEEE 802.16 foi definida por Hawa [Hawa03]. No seu trabalho, Hawa apresenta uma análise estocástica de mecanismos de escalonamento de recursos baseados na técnica de Fair Queuing,

oferecendo suporte às garantias de QoS para largura de banda e atraso para as classes de serviço definidas na norma IEEE 802.16-2004. Para além das tarefas básicas de atribuição de largura de banda e transporte de dados, a camada MAC inclui uma sub- camada de privacidade que oferece autenticação ao acesso à rede e ao estabelecimento da ligação para evitar a perda de serviços, inclui ainda troca de chaves de segurança e encriptação para assegurar a privacidade dos dados.

Para acomodar a procura da camada PHY e a diferentes requisitos dos serviços oferecidos entre as frequências de 2 - 11 GHz, o projecto IEEE 802.16-2004 actualizou a camada MAC de modo a oferecer um mecanismo de requisição de repetição automática, ARQ (Automatic Repeat reQuest) e suporte à topologia mesh. Esta característica permite uma variedade de percursos entre o núcleo da rede e qualquer SS. Os sistemas mesh não possuem BSs no sentido convencional, como na topologia ponto- -multiponto [IEEE01]).

A Tabela 3.4 apresenta uma associação entre as principais características da camada MAC do protocolo IEEE 802.16-2004 de forma resumida, assim como, os benefícios introduzidos por essas características.

Tabela 3.4 - Características da camada MAC da norma IEEE 802.16-2004.

Características Benefícios

Escalonamento TDM/TDMA para

Uplink/Downlink Utilização eficiente da largura de banda

Escalável para centenas de utilizadores

Possibilita uma distribuição efectiva de custos

Orientado à ligação Garante QoS por ligação _{Encaminhamento de pacotes mais rápido} QoS Baixa latência para serviços sensíveis ao _{atraso (voz TDM, VoIP)} Oferece suporte às classes: UGS,

rtPS, nrtPS e BE Transporte de dados optimizado para o tráfego VBR e priorização de dados Requisição de retransmissão

automática, ARQ

Melhora o desempenho ocultando os erros induzidos pela camada RF dos protocolos das camadas superiores

Modulação adaptativa Permite taxas de dados mais elevadas de _{acordo com as condições do canal} Segurança e criptografia (Triple

DES) Protege a privacidade do utilizador

Largura de banda sob procura Atribuição de capacidade por trama Controlo de potência automático Garante a melhor relação portadora-ruído _{através de ajustes no sinal transmitido.}