IEEE 802.22 , es un estándar para la red de área regional inalámbrica (WRAN) que utiliza espacios en blanco en el espectro de frecuencia de la televisión (TV). [1] El desarrollo del estándar IEEE 802.22 WRAN tiene como objetivo el uso de radio cognitiva(CR) técnicas para permitir la compartición del espectro no utilizado geográficamente asignado al servicio de radiodifusión televisiva, sin interferencias, para llevar el acceso de banda ancha a áreas de difícil acceso y baja densidad de población, típicas de entornos rurales, y por lo tanto es oportuno y tiene potencial para una amplia aplicabilidad en todo el mundo. Es el primer esfuerzo mundial para definir una interfaz aérea estandarizada basada en técnicas CR para el uso oportunista de bandas de TV sin interferencias.
Las WRAN IEEE 802.22 están diseñadas para funcionar en las bandas de transmisión de TV y, al mismo tiempo, garantizar que no se produzcan interferencias perjudiciales en la operación principal: transmisión de TV digital y TV analógica, y dispositivos con licencia de baja potencia, como micrófonos inalámbricos. [2] Se esperaba que la norma se finalizara en el primer trimestre de 2010, pero finalmente se publicó en julio de 2011.
IEEE P802.22.1 es un estándar relacionado que se está desarrollando para mejorar la protección contra interferencias dañinas para dispositivos con licencia de baja potencia que operan en bandas de transmisión de TV. IEEE P802.22.2 es una práctica recomendada para la instalación e implementación de sistemas IEEE 802.22. [1] IEEE 802.22 WG es un grupo de trabajo del comité de estándares IEEE 802 LAN / MAN que fue autorizado para escribir el estándar 802.22. Los dos grupos de tareas de 802.22 (TG1 y TG2) están escribiendo 802.22.1 y 802.22.2 respectivamente.
Tecnología
En respuesta a un aviso de propuesta de reglamentación (NPRM) emitido por la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) en mayo de 2004, el grupo de trabajo IEEE 802.22 sobre redes inalámbricas de área regional se formó en octubre de 2004. [3] Su proyecto, formalmente denominado como Estándar para redes inalámbricas de área regional (WRAN) - Requisitos específicos - Parte 22: Control de acceso al medio ( MAC ) de RAN inalámbrico cognitivo y Especificaciones de la capa física ( PHY ): Políticas y procedimientos para la operación en las bandas de TV enfocadas en la construcción de un sistema fijo nacional consistente. WRAN punto a multipunto que utilizará bandas de TV UHF / VHF entre 54 y 862 MHz. Está previsto que los canales de televisión específicos, así como las bandas de guarda de estos canales, se utilicen para la comunicación en IEEE 802.22.
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), junto con la FCC, siguió un enfoque centralizado para el descubrimiento del espectro disponible. Específicamente, cada estación base (BS) estaría armada con un receptor GPS que permitiría informar su posición. Esta información se enviaría de vuelta a servidores centralizados (en EE.UU. estos serían gestionados por la FCC), que responderían con la información sobre los canales de TV gratuitos disponibles y las bandas de guarda en el área de la BS. Otras propuestas permitirían únicamente la detección del espectro local, donde la BS decidiría por sí misma qué canales están disponibles para la comunicación. También se prevé una combinación de estos dos enfoques. Los dispositivos que operarían en la banda de espacios en blanco de TV (TVWS) serían principalmente de dos tipos: fijos y personales / portátiles. Los dispositivos fijos tendrían capacidad de geolocalización con un dispositivo GPS integrado. Los dispositivos fijos también se comunican con la base de datos central para identificar otros transmisores en el área que operan en TVWS. Otras medidas sugeridas por la FCC y IEEE para evitar interferencias incluyen detección de espectro dinámico y control dinámico de potencia.
Descripción general de la topología WRAN
Los borradores iniciales del estándar 802.22 especifican que la red debe operar en una base de punto a multipunto ( P2MP ). El sistema estará formado por estaciones base (BS) y equipos en las instalaciones del cliente (CPE). Los CPE se conectarán a una BS a través de un enlace inalámbrico. Las BS controlarán el acceso al medio para todos los CPE adjuntos.
Una característica clave de las estaciones base WRAN es que serán capaces de realizar una detección cognitiva . Esto es que los CPE estarán detectando el espectro y enviarán informes periódicos a la BS informándoles sobre lo que perciben. La BS, con la información recabada, evaluará si es necesario un cambio en el canal utilizado, o por el contrario, si debe permanecer transmitiendo y recibiendo en el mismo.
Un acercamiento a la capa PHY
La capa PHY debe poder adaptarse a diferentes condiciones y también debe ser flexible para saltar de un canal a otro sin errores en la transmisión o pérdida de clientes (CPE). Esta flexibilidad también es necesaria para poder ajustar dinámicamente los esquemas de ancho de banda, modulación y codificación. OFDMA será el esquema de modulación para la transmisión en enlaces ascendentes y descendentes. Con OFDMA será posible lograr esta rápida adaptación necesaria para las BS y los CPE. Utilizando un solo canal de TV (un canal de TV tiene un ancho de banda de 6 MHz ; en algunos países pueden ser de 7 u 8 MHz) la tasa de bits máxima aproximada es de 19 Mbit / sa una distancia de 30 km. La velocidad y la distancia alcanzadas no son suficientes para cumplir con los requisitos de la norma. La función Channel Bonding se ocupa de este problema. La vinculación de canales consiste en utilizar más de un canal para Tx / Rx. Esto permite que el sistema tenga un mayor ancho de banda, lo que se reflejará en un mejor rendimiento del sistema.
Un acercamiento a la capa MAC
Esta capa se basará en la tecnología de radio cognitiva . También necesita poder adaptarse dinámicamente a los cambios en el entorno mediante la detección del espectro. La capa MAC constará de dos estructuras: Frame y Superframe. Un supertrama estará formado por muchos fotogramas. La supertrama tendrá un encabezado de control de supertrama (SCH) y un preámbulo. Estos serán enviados por la BS en todos los canales que sea posible transmitir y no causen interferencias. Cuando se enciende un CPE, detectará el espectro, averiguará qué canales están disponibles y recibirá toda la información necesaria para adjuntar a la BS.
El CPE realizará dos tipos diferentes de medición del espectro: dentro y fuera de banda . La medición en banda consiste en detectar el canal real que está siendo utilizado por la BS y el CPE. La medición fuera de banda consistirá en detectar el resto de canales. La capa MAC realizará dos tipos diferentes de detección en mediciones dentro o fuera de banda: detección rápida y detección fina . La detección rápida consistirá en detectar a velocidades inferiores a 1 ms por canal. Esta detección es realizada por el CPE y el BS y el BS recopilará toda la información y decidirá si hay algo nuevo que hacer. La detección fina lleva más tiempo (aproximadamente 25 ms por canal o más) y se utiliza en función del resultado del mecanismo de detección rápida anterior.
Estos mecanismos de detección se utilizan principalmente para identificar si hay un transmisor titular y si es necesario evitar interferir con él.
Para realizar una detección confiable, en el modo de funcionamiento básico en una banda de frecuencia única como se describe anteriormente (el modo "escuchar antes de hablar"), uno tiene que asignar tiempos de silencio, en los que no se permite la transmisión de datos. Esta interrupción periódica de la transmisión de datos podría afectar la calidad del servicio de los sistemas de radio cognitivos. Este problema se aborda mediante un modo de operación alternativo propuesto en IEEE 802.22 llamado Salto dinámico de frecuencia (DFH) [4] donde la transmisión de datos de los sistemas WRAN se realiza en paralelo con la detección de espectro sin ninguna interrupción.
Cifrado, autenticación y autorización
Solo se admite el algoritmo de cifrado de cifrado autenticado AES - GCM . [5]
Se debe utilizar EAP-TLS o EAP-TTLS para la autenticación y la derivación de claves de cifrado. [6] [7] IEEE 802.22 define un perfil de certificado X.509v3 que utiliza extensiones para la autenticación y autorización de dispositivos en función de información como el fabricante del dispositivo, la dirección MAC y la ID de la FCC (el certificado del fabricante / proveedor de servicios, el certificado CPE y el certificado BS, respectivamente). [8]
Esto podría permitir un tipo de bloqueo del cliente en el que los proveedores de red rechazan el acceso a la red a dispositivos que no han sido examinados por los fabricantes de la elección de los proveedores de red (es decir, el dispositivo debe poseer una clave privada de un certificado X.509 con una cadena de confianza a una autoridad certificadora (CA) del fabricante que el proveedor de red aceptará), similar al bloqueo SIM en las redes celulares modernas y los "probadores de certificación" DOCSIS en las redes de cable .
Comparación con 802.11af
Además de 802.22, el IEEE ha estandarizado otro estándar de radio cognitivo de espacio en blanco, 802.11af . [9] Si bien 802.22 es un estándar de red de área regional inalámbrica (WRAN), para rangos de hasta 100 km, [9] [10] 802.11af es un estándar de LAN inalámbrica diseñado para rangos de hasta 1 km. La coexistencia entre los estándares 802.22 y 802.11af se puede implementar de manera centralizada o distribuida [11] y basándose en diversas técnicas de coexistencia. [12]
Ver también
- IEEE 802.11af , un estándar para LAN inalámbricas en espacios en blanco de TV
- Base de datos de geolocalización
- ¿Cómo se realiza la detección de espectro?
Referencias
- ^ a b "Comité de estándares IEEE 802 LAN / MAN 802.22 WG en WRAN (redes de área regional inalámbricas)" . IEEE . Consultado el 18 de enero de 2009 .
- ^ Carl, Stevenson; G. Chouinard; Zhongding Lei; Wendong Hu; S. Shellhammer; W. Caldwell (enero de 2009). "IEEE 802.22: el primer estándar de redes de área regional inalámbricas de radio cognitiva (WRAN)". Revista de comunicaciones IEEE . Vol. 47 no. 1. ESTADOS UNIDOS: IEEE . págs. 130-138. doi : 10.1109 / MCOM.2009.4752688 .
- ^ "IEEE comienza estándar para aprovechar regiones abiertas en el espectro de TV para servicios de banda ancha inalámbrica" . Comunicado de prensa . Asociación de estándares IEEE. 12 de octubre de 2004. Archivado desde el original el 7 de febrero de 2009 . Consultado el 19 de agosto de 2011 .
- ^ Wendong Hu; et al. (Mayo de 2007). "Comunidades de salto de frecuencia dinámica para un funcionamiento eficiente de IEEE 802.22" . Revista de comunicaciones IEEE . 45 (5): 80–87. doi : 10.1109 / MCOM.2007.358853 .
- ^ IEEE 802.22-2011 § 8.4.1, pág. 281
- ^ IEEE 802.22-2011 § 8.1.2, pág. 252
- ^ IEEE 802.22-2011 § 8.5, pág. 286
- ^ IEEE 802.22-2011 § 8.5, págs. 286-292
- ^ a b Lekomtcev, Demain; Maršálek, Roman (junio de 2012). "Comparación de estándares 802.11af y 802.22 - capa física y funcionalidad cognitiva" . elektrorevue . Consultado el 29 de diciembre de 2013 .
- ^ Thiel, Justin (2006-2007). "Redes inalámbricas metropolitanas y regionales: 802.16, 802.20 y 802.22" . Consultado el 31 de diciembre de 2013 .
- ^ Villardi, Gabriel; Alemseged, Yohannes; Sun, Chen; Sum, Chin-Sean; Nguyen, Tran; Baykas, Tuncer; Harada, Hiroshi (2011). "Habilitación de la coexistencia de múltiples redes cognitivas en el espacio en blanco de la TV". Comunicaciones inalámbricas IEEE . 18 (4): 32–40. doi : 10.1109 / MWC.2011.5999762 .
- ^ Villardi, Gabriel; Sum, Chin-Sean; Sun, Chen; Alemseged, Yohannes; Lan, Zhou; Harada, Hiroshi (2012). "Eficiencia de los mecanismos de coexistencia basados en selección de frecuencia dinámica para puntos de acceso inalámbricos cognitivos habilitados para espacios en blanco de TV". Comunicaciones inalámbricas IEEE . 19 (6): 69–75. doi : 10.1109 / MWC.2012.6393520 .