WAVE/IEEE 802.11p

Em 2004, O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) iniciou a estandard- iza¸c˜ao das comunica¸c˜oes em redes veiculares dentro do grupo de trabalho do IEEE 802.11. Este padr˜ao ´e agora conhecido como IEEE 802.11p WAVE. A arquitectura WAVE define-se num conjunto de seis standards: IEEE 1609.1, IEEE 1609.2, IEEE 1609.3, IEEE 1609.4, IEEE 802.11 e IEEE 802.11p.

As v´arias camadas de um sistema de comunica¸c˜oes veiculares ser˜ao ent˜ao definidas por diversos standards. A camada f´ısica inferior ´e definida pelo padr˜ao IEEE 802.11, mais propri- amente pela norma p e, como se trata da camada sobre a qual incide este trabalho, ser-lhe-`a dado maior relevo.

Os padr˜oes da fam´ılia IEEE 1609 definem grande parte das camadas, n˜ao se restringindo apenas `a parte superior da camada f´ısica e da camada Medium Access Control (MAC).

Tabela 2.2: Pilha de protocolos WAVE [21]

conjunto de padr˜oes para que os diferentes fabricantes de autom´oveis possam tornar poss´ıvel a comunica¸c˜ao entre ve´ıculos (V2V) e entre estes e a infraestrutura (V2I). Assim, poder´a existir uma interoperabilidade entre dispositivos de diversas proveniˆencias.

Os grupos respons´aveis pela elabora¸c˜ao dos standards tˆem ainda de ter em considera¸c˜ao as caracter´ısticas particulares inerentes `as comunica¸c˜oes veiculares. Como tal, as altas ve- locidades desenvolvidas pelos ve´ıculos, bem como a necessidade de baixas latˆencias e de comunica¸c˜oes efectuadas num curto espa¸co de tempo devem ser tidas em conta.

A arquitectura WAVE considera ainda um determinado conjunto de dispositivos dos quais fazem parte as On Board Unit (OBU) e as Road Side Unit (RSU) por exemplo.

Na tabela 3.2 encontram-se referenciados um conjunto de dispositivos que alicer¸cam a arquitectura WAVE. As OBU e RSU ser˜ao os elementos mais vis´ıveis desta arquitectura, j´a que se encontram espalhados ora pelas estradas (dentro dos ve´ıculos em movimento) ora junto a estas (unidades estacion´arias junto `as estradas). Conv´em no entanto reter os termos WAVE Basic Service Set (WBSS) e WAVE Short Message (WSM) j´a que, o primeiro ser´a respons´avel por ”alimentar a rede”e o segundo por tornar poss´ıvel a comunica¸c˜ao.

Dispositivo WAVE Dispositivo que implementa a subcamada MAC e a camada f´ısica de acordo com o padr˜ao WAVE

Unidade de Bordo Dispositivo WAVE m´ovel capaz de trocar

(On Board Unit – OBU) informac¸˜ao com outras OBUs ou RSUs

Unidades de Acostamento Dispositivo WAVE estacion´ario que suporta

(Road Side Unit – RSU) a troca de informac¸˜ao com OBUs

WBSS Conjunto de estac¸˜oes WAVE consistindo de um provedor

(WAVE Basic Service Set) de WBSS e zero ou mais usu´arios de WBSS

WSM (WAVE Short Message) Mensagem curta WAVE, enviada pelo protocolo WSMP

Provedor de WBSS Dispositivo iniciador de um WBSS ou emissor de WSMs

Usu´ario de WBSS Dispositivo associado a um WBSS ou destinat´ario de WSMs

Tabela 2.3: Nomenclatura resumida da arquitectura WAVE [21]

IEEE 802.11p

A massifica¸c˜ao das novas tecnologias e a procura cada vez mais exacerbada pela informa¸c˜ao e comunica¸c˜ao tornou necess´ario o aparecimento de protocolos de comunica¸c˜oes sem fios com vista a suplantar as limita¸c˜oes ´obvias apresentadas por qualquer tipo de liga¸c˜ao f´ısica. Neste momento j´a se verifica uma utiliza¸c˜ao massiva de comunica¸c˜oes sem fios, seja atrav´es da utiliza¸c˜ao de telem´oveis ou de computadores port´ateis, no caso do mero utilizador particular, quer a sua implementa¸c˜ao em redes de grande dimens˜ao no caso de uma unidade fabril, por exemplo.

A plataforma que rege este tipo de comunica¸c˜oes de dados sem fios ´e o grupo de standards IEEE 802.11 dos quais constam as normas a, b, g ou n (sendo as ´ultimas trˆes as mais con- hecidas). No entanto, este conjunto de normas n˜ao se encontra ainda preparado para abarcar com a grande mobilidade requerida, pelo que a utiliza¸c˜ao de qualquer uma destas n˜ao seria poss´ıvel nos termos da comunica¸c˜ao veicular. Assim sendo, tornou-se necess´aria a cria¸c˜ao de uma nova norma que permitisse a implementa¸c˜ao global das comunica¸c˜oes Vehicule to Vehicle (V2V) e Vehicule to Infrastructure (V2I). O grupo do IEEE 802.11 decidiu criar assim o 802.11p.

A norma 802.11p modifica o standard 802.11 de forma a permitir a sua utiliza¸c˜ao em situa¸c˜oes de comunica¸c˜ao entre ve´ıculos ou destes com a infraestrutura fixa. O IEEE 802.11a foi criado para ambientes interiores, com uma alta taxa de transmiss˜ao e que n˜ao permite ao utilizador uma grande mobilidade. O 802.11p vem assim, tendo por base o 802.11a, permitir uma grande mobilidade (comunica¸c˜oes veiculares) [25]. As diferen¸cas entre esta nova norma e a base do IEEE 802.11 baseiam-se principalmente no facto de esta funcionar em half- clocked mode, resultando assim num conjunto de caracter´ısticas que a tornam mais robusta

`

a grande mobilidade requerida pelo ˆambito das comunica¸c˜oes veiculares. Na tabela que se segue encontram-se comparadas as caracter´ısticas que diferenciam o 802.11p do 802.11a.

Tabela 2.4: IEEE 802.11a em compara¸c˜ao com IEEE 802.11p [19]

Da tabela acima ´e percept´ıvel que a norma 802.11p possui metade da taxa de transmiss˜ao e o dobro dos ”tempos”. Assim sendo, ´e de destacar o seguinte conjunto de parˆametros alterados:

• Largura de Banda: Normalmente ´e utilizada uma largura de banda de 10MHz para dotar a transmiss˜ao de uma maior robustez relativamente ao fen´omeno de fading. • Tamanho do s´ımbolo: Torna-se o dobro, sendo assim, por isso, mais um recurso que

vai de encontro `a robustez do sinal.

• Intervalo de guarda: ´E aumentado para o dobro, conferindo assim um maior inter- valo de tempo para sincroniza¸c˜ao da trama;

Cap´ıtulo 3

Sincroniza¸c˜ao em sistemas OFDM

Como o pr´oprio nome indica, o Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) trata-se de uma t´ecnica de acesso m´ultiplo (multiplexagem) capaz de dividir um canal, com uma maior largura de banda, num conjunto de canais, ortogonais entre si e cuja largura de banda n˜ao passa de uma pequena frac¸c˜ao do canal original, em que os dados s˜ao transmitidos em paralelo.

Conv´em, no entanto, situar o OFDM entre as restantes t´ecnicas de acesso m´ultiplo e identificar os seus pontos fortes, pontos fracos e respectivas solu¸c˜oes.

3.1

T´ecnicas de Acesso M´ultiplo

O avan¸co no ramo das tecnologias da comunica¸c˜ao e do processamento de informa¸c˜ao levaram tanto ao aparecimento de novas aplica¸c˜oes, produtos e servi¸cos, como `a procura cada vez mais desenfreada por este tipo de tecnologia por parte dos utilizadores. Sendo assim, tornou-se vital o desenvolvimento de t´ecnicas capazes de suportar uma utiliza¸c˜ao exaustiva, por parte das grandes massas, sem que se verificasse uma quebra substancial na qualidade do servi¸co. ´E nestas circunstˆancias que surge a massifica¸c˜ao das t´ecnicas de acesso m´ultiplo, respons´aveis pela possibilidade de partilha de um determinado canal de comunica¸c˜ao por m´ultiplos utilizadores.

As T´ecnicas de Acesso M´ultiplo s˜ao utilizadas para permitir que uma determinada por¸c˜ao finita do espectro de radiofrequˆencia seja acedida por um conjunto de utilizadores, de forma simultˆanea. Estas t´ecnicas tˆem de garantir que esta aloca¸c˜ao de banda n˜ao resulte em degrada¸c˜ao da qualidade do sistema.

• FDMA (Frequency Division Multiple Access) • TDMA (Time Division Multiple Access) • CDMA (Code Division Multiple Access) • SDMA (Space Division Multiple Access)

• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)