Funções MAC e a Conexão com a Rede

A subcamada comum MAC é responsável pela administração da ligação entre a estação assinante e a estação base. Além disso, possui como função a manutenção da comunicação. A camada MAC inclui também a funcionalidade de atualizar a configuração e o software do cliente tal como métodos para re-estabelecer a conexão com a rede por parte da SS caso o sinal e, conseqüentemente, a conexão sejam perdidos. A primeira tarefa administrativa da SS após ser iniciada é procurar e conectar-se a uma rede. Para que a SS possa procurar e postergar uma conexão a uma estação transmissora de sinal para que faça parte e adentre na rede, ela necessita passar por diversos passos importantes para o seu reconhecimento e troca de informações por parte dos envolvidos no processo.

Em um primeiro passo, a SS busca os últimos parâmetros (downlink e uplink) de sistemas conhecidos e verifica constantemente a interface aérea na procura da última freqüência conhecida com o objetivo de verificar a existência de algum canal pertencente a uma rede. Caso o canal não seja detectado, a SS começará uma nova varredura em busca de possíveis canais a serem utilizados.

A SS reconhece sinais válidos de downlink se for capaz de decodificar com sucesso o preâmbulo na inicialização dos frames. Decodificando o preâmbulo, é possível sem informações adicionais obter um padrão de bits conhecidos (Sauter, 2006). Caso o dispositivo tenha encontrado um canal IEEE 802.16 válido, ele deve decodificar o início do recebimento dos subframes de downlink para obter os

parâmetros atuais do sistema e a configuração do canal de downlink (DCD – downlink channel description), o DL-MAP (Downlink Map) e o UL-MAP (Uplink Map).

O procedimento é executado novamente caso o cliente perca a sincronização com a rede e não possa decodificar as mensagens DCD e DL-MAP durante um intervalo de tempo configurado, que tem como valor limite, 600 ms (Sauter, 2006).

Uma vez que sejam conhecidos todos os parâmetros para o acesso inicial a rede, a SS inicia o procedimento de ranging, um processo definido no IEEE 802.16, que permite a SS adquirir corretamente time offset1.

Para adquirir o time offset, a SS envia uma mensagem de requisição de ranging (RNG-REQ) com uma baixa energia de transmissão no início de um subframe uplink.

O tamanho da área do ranging baseada em contenção e outros parâmetros são enviados através de broadcast pela mensagem DL-MAP. Se nenhuma resposta é recebida, a mensagem é repetida com uma maior energia de transmissão. O procedimento é repetido diversas vezes até que uma resposta seja recebida ou um determinado número máximo de tentativas seja alcançado.

A mensagem RNG-REQ também contém um parâmetro para a rede com a modulação e esquemas de código satisfatórios para a SS usar no downlink. A seleção de valores no lado do cliente é baseada nas condições de recepção downlink que a SS têm experimentado até o momento.

Quando a rede recebe uma mensagem contendo um pedido de requisição de ranging, ela a analisa imediatamente checando seu conteúdo, sua intensidade de sinal e o timeout da mensagem. Desta forma, a rede envia uma mensagem de resposta de ranging (RNG-RSP) para informar a estação assinante se os ajustes de timeout são necessários para sincronizar mensagens adicionais de uplink em um tempo inicial exato.

Se a rede fica satisfeita com os ajustes de tempo e de potência durante o período de ajuste, ela retorna uma mensagem de RNG-RSP contendo um endereço MAC da estação assinante e os CIDs para downlink e uplink.

Nesta mensagem (RNG-RSP), a rede também informa à SS se a modulação e os esquemas de codificação foram aceitos ou se prefere usar valores default.

Cada estação assinante é nomeada individualmente por um CID para a administração da conexão que será usada para trocar mensagens de administração adicionais para a organização da conexão. Estas conexões também são usadas mais

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tarde para trocar informações de administração entre a SS e a rede, com o objetivo de manter a conexão.

Na próxima fase do procedimento de estabelecimento de conexão inicial, a estação base e a estação assinante trocam informações de capacidade básica como a modulação suportada e os esquemas de código além do suporte ao tipo de operação (full duplex ou half duplex).

Como a estação assinante tem recebido CIDs para a troca de mensagens de administração, ela monitora as mensagens de UL-MAP e DL-MAP para a sua administração de CID e o uso de slots alocados em um frame uplink para enviar a sua informação de capacidade através de uma SS com uma mensagem de requisição de capacidade básica (SBC-REQ). A rede responde com uma mensagem de resposta (SBC- RSP) para confirmar a própria recepção. A mensagem de SBC-RSP também contém as capacidades básicas suportadas pela rede.

Posteriormente a troca de informações de capacidade, a SS necessita se autenticar à rede, verificar a sua identidade e começar o processo de criptografia a ser utilizado no enlace da autenticação.

Isso é feito pela estação assinante através do envio de uma mensagem de informação de autenticação do gerenciamento de chaves privadas e uma mensagem de requisição de autenticação (PKM-REQ) para a estação base.

A rede verifica as credenciais e finaliza o processo de autenticação com uma mensagem de resposta de autenticação (PKM-RSP).

Depois que o processo de autenticação é finalizado, a estação assinante precisa cumprir um novo passo e necessita se registrar na rede. Isso é feito através do envio de uma mensagem de requisição de registro (REG-REQ). A rede reconhece a mensagem devolvendo uma mensagem de resposta de registro (REG-RSP).

Neste momento, a estação assinante é aceita na rede e o fluxo de serviços para a troca de dados de usuário pode ser estabelecido.

O passo obrigatório final do procedimento é montar um fluxo de serviços e CIDs correspondentes que serão usados para transferir dados de usuário e ter a SS como origem e destino, ou seja, transferir dados a partir da estação assinante e em direção a própria.

Na maioria das situações, os fluxos de serviço são pré-estabelecidos na rede. A rede inicia o processo enviando uma mensagem de requisição de adição de serviço

dinâmico (DSA-REQ) se a BS for capaz de cumprir as exigências de QoS do fluxo de serviços.

A mensagem contém os CIDs para o fluxo de serviços de dados do usuário, a identidade do fluxo de serviços (SFID – service flow identifier) e os parâmetros de serviço do fluxo de serviços.

A estação assinante então se prepara para enviar dados de usuário sobre o fluxo de serviços e respostas para a mensagem com uma mensagem de resposta de adição de serviços dinâmicos (DSA-RSP). Para finalizar o processo, a estação base envia uma mensagem DSA-ACK (confirmação) e o three-way handshake1 é finalizado.

Parâmetros de QoS como a garantia de largura de banda de fluxo de serviços podem ser mudados pela rede a qualquer momento através de um pedido (requisição) de mudança de serviços dinâmicos (DSC-REQ) para a estação assinante.

A estação assinante verifica a validade do pedido, faz as mudanças apropriadas para o fluxo de serviços e reconhece a mudança com a mensagem DSC-RSP. Novamente, a confirmação é enviada pela rede para a estação assinante (DSC-ACK) para completar o three-way handshake.

A rede ou a SS podem eliminar o fluxo de serviços a qualquer momento enviando uma mensagem com o pedido de exclusão dos serviços dinâmicos (DSD- REQ). Assim, ambos os lados deixam de usar o fluxo de serviços e a transação é confirmada pelo outro lado enviando uma mensagem DSD-RSP.

A Figura 9 mostra todas as mensagens envolvidas pelos seis passos do processo de entrada na rede ilustrando-as para uma finalização de um processo de conexão com sucesso. Quando um cliente móvel ou fixo necessita entrar a uma rede (BS) WiMAX, este precisa passar por todos os passos aqui descritos para receber uma resposta positiva na rede que credencie sua autenticação e assim possa usufruir dos serviços.

Caso contrário, sua credencial baseada no certificado X.509 pode ser recusada e assim este não poderá vir a usufruir dos serviços oferecidos pela rede, necessitando reiniciar o procedimento de requisição de conexão.

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Um processo que envolve a troca de três mensagens com o objetivo de garantir o estabelecimento de uma conexão.

Figura 9 - Conexão com a Rede WiMAX/IEEE 802.16