Planeamento de uma Rede Wireless para Interligação das

Transcrição

Relatório Final de Projecto
Planeamento de uma Rede Wireless
para Interligação das Unidades de
Formação do Programa Aveiro Norte
(PAN)
Autor
Rui Pedro Pinto Ferreira Rosas
Orientador
Prof. Doutor A. Manuel de Oliveira Duarte
Co-Orientador
Prof. Doutor Rui Aguiar
Colaborador
Eng. Daniel Martins Correia
Departamento de Electrónica e Telecomunicações
Universidade de Aveiro
Julho 2005
Relatório de Projecto
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Agradecimentos:
Agora que chegou ao fim mais uma etapa da minha vida, gostaria de
expressar a minha gratidão a todos aqueles que, de uma forma mais
directa ou indirecta, me ajudaram na realização deste projecto. Sem
vocês isto não seria possível.
Gostaria de expressar a minha gratidão:
Ao Professor A. Manuel Oliveira Duarte por toda a compreensão,
dedicação, disponibilidade e ajuda que me concedeu, enquanto
orientador deste projecto. A alegria e a vontade que transmitiu
durante a execução do mesmo foram para mim uma grande fonte de
inspiração. Muito Obrigado;
Ao Professor Rui Aguiar pela ajuda e disponibilidade prestada durante
a execução deste projecto;
A todo o Grupo de Sistemas de Banda Larga, André, Pedro, Joana,
Rita, em especial ao Zé Carlos (Zézé), ao Alexandre e ao Daniel (Dani)
por todo o apoio que sempre me deram e companheirismo que tiveram
comigo. Amigos, muitíssimo obrigado;
A todos os meus amigos, que de uma forma mais ou menos presente
me ajudaram, em especial ao Mostradinha;
Aos meus pais, pelo exemplo que são e pela força que me deram nos
momentos mais difíceis, e à minha irmã pela amizade que nos une e
por estar sempre presente quando preciso dela. Obrigado;
A ti, minha princesinha, por teres partilhado comigo esta longa
caminhada. Por teres aturado o meu mau feitio quando as coisas não
corriam tão bem, sempre com uma palavra amiga, de incentivo e
apoio. Foste e és a minha força, a minha inspiração, contigo ao meu
lado sinto-me capaz de tudo.
Rui Rosas
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Resumo
O Programa Aveiro Norte (PAN) destina-se à oferta de ensino e
formação tecnológica e profissional para o norte do distrito de Aveiro e
encontra-se
organizado
em
diversas
Unidades
de
Formação
Especializada (pólos), coordenadas pela Escola Aveiro Norte instalada
em Oliveira de Azeméis. No momento actual essas unidades servem os
concelhos de Oliveira de Azeméis, São João da Madeira e Ovar, sendo
que no futuro essa cobertura pode vir a ser alargada a outros
concelhos.
Nos dias que correm a importância de um bom acesso à Internet e a
constante conectividade que por vezes é necessário manter entre
Pólos distanciados de alguns kilometros, é muito elevada, mais ainda
quando se tratam de estabelecimentos de ensino.
Assim
este
projecto
visava
suprir
esta
distância
através
do
planeamento de uma rede wireless de banda larga que interligasse as
Unidades de Formação do Programa Aveiro Norte e a Universidade de
Aveiro.
Foram estudas e testadas diversas tecnologias com o intuito de se
perceber qual a melhor opção para a implementação da rede.
Concluiu-se que a opção mais indicada seria uma solução baseada na
emergente tecnologia WiMAX.
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Índice de Conteúdos
Agradecimentos:
3
Resumo
5
1 Introdução:
1.1 O Projecto
1.2 O Programa Aveiro Norte (PAN)
1.3 As Tecnologias
1.4 A Geografia
1.5 As Propostas
1.6 Os Testes
1.7 O Método de Trabalho
2 Estudos efectuados
2.1 Introdução:
2.2 WiMAX
2.2.1
Introdução:
2.2.2
Evolução:
2.2.3
Aplicações:
2.2.4
Características Técnicas:
2.2.5
Preço:
2.2.6
Futuro:
2.3 LMDS
2.3.1
Introdução:
2.3.2
Células de Transmissão:
2.3.3
Multiplexação:
2.3.4
Modulação:
2.3.5
Características:
2.3.6
Vantagens:
2.3.7
Dificuldades:
2.3.8
Exemplo de equipamento:
2.3.9
Conclusão:
2.4 Comparação entre WiMAX e LMDS:
2.5 VPN
2.5.1
Introdução:
2.5.2
VPN´s FR ou ATM:
2.5.3
VPN Internet:
2.5.4
VPN/IP
3 Planeamento
3.1 Introdução:
3.2 DISTÂNCIAS:
3.3 Linha de Vista
4 Análise das várias soluções
4.1 Proposta efectuada pela P.T. (Portugal Telecom)
4.1.1
Evolução dos custos
12
12
12
12
13
13
13
13
14
14
14
14
16
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24
24
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30
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35
35
36
36
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40
40
41
41
44
44
46
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4.2 Proposta apresentada pela ONI:
4.2.1
4.3 Proposta apresentada pela Cabovisão:
4.3.1
4.4 Proposta apresentada pela Wavecom:
4.4.1
4.5 Possível solução Clix turbo ADSL 8Mbps:
4.5.1
4.6 Possível solução 802.16 (WiMAX):
4.6.1
4.7 Comparação entre as várias soluções:
4.7.1
Capacidade
4.7.2
Custos
47
48
49
50
51
54
55
56
57
58
59
59
59
5 Testes efectuados:
61
5.1 Descrição
5.2 Resultados obtidos:
5.3 Material Utilizado
5.3.1
Antenas
5.3.2
Software
5.3.3
“Router”:
5.4 Imagens dos testes
61
63
63
63
64
65
65
6 Discussão / Conclusões
68
7 Acrónimos
70
8 Referências e Bibliografia
71
9 Anexos
73
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Índice de Figuras
Figura [1] -posicionamento dos padrões acesso wireless
15
Figura [2] -aplicações WiMAX
18
Figura [3] -espectros 802.11 / 802.16
20
Figura [4] -exemplo de uma rede WiMAX
21
Figura [5] -evolução da tecnologia WiMAX
22
Figura [6] -WiMAX como backhaul
23
Figura [7] -célula LMDS
25
Figura [8] -polarização das antenas nas células
26
Figura [9] -multiplexação FDD
27
Figura [10] -multiplexação TDD
28
Figura [11] -exemplo das modulações em função da distância
29
Figura [12] -espectro LMDS
30
Figura [13] -exemplo de uma configuração LMDS
31
Figura [14]-Base Station RF
32
Figura [15]-Base Station Digital
32
Figura [16] -CPE rádio termination
32
Figura [17] -terminal network
32
Figura [18] -exemplo de material da Radiowaves
33
Figura [19] -imagem de aplicação de VPN
35
Figura [20] -arquitectura de uma rede com VPN´s
38
Figura [21] -mapa de localização dos Pólos do PAN e da Universidade de Aveiro
40
Figura [22] -análise topográfica da ligação entre o C.T Calçado (SJ Madeira) e o edifico Raínha
(O.Az.)
41
Figura [23] -análise topográfica da ligação entre a Antiga Reitoria da U.A.(Avr) e o edifico
Raínha(O.Az.)
42
Figura [24] -análise topográfica do link entre o depósito de água (Cucujães) e a EB 2 3 (Ovar) 42
Figura [25] -análise topográfica da ligação entre o depósito de água (Cucujães) e o edifico Raínha
(O.Az.)
43
Figura [26] -ligações propostas pela Wavecom
51
Figura [27] -mapa real ilustrativo das ligações testadas
61
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Figura [28] -esquema da implementação testada
62
Figura [29] -antena utilizada nos testes realizados
63
63
64
64
Figura [33] -portátil com o software da Redline, utilizado para visualização das características da
ligação
64
Figura [34] -portátil com o software da Redline, utilizado para visualização das características da
ligação
64
Figura [35] -“Router” utilizado nos testes
65
Figura [36] -antena colocada no topo da Antiga Reitoria da U.A.
65
65
66
66
Figura [40] -antena colocada no topo do edifício Raínha em Oliveira da Azeméis
66
66
67
67
Figura [44] -antena colocada no topo do edifício do Centro Tecnológico do Calçado em São João
da Madeira
67
Figura [45] -antena colocada no topo do edifício do Centro Tecnológico do Calçado em São João
da Madeira
67
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Índice de Tabelas
Tabela [1] – comparação entre tecnologias celulares e o WiMAX
16
Tabela [2] – evolução das especificações do IEEE para wireless MAN
17
Tabela [3] –comparação entre WiMAX e o LMDS
34
Tabela [4] –encapsulamento de um pacote IP
37
Tabela [5] –distâncias entre os Pólos do PAN e a U.A.
41
Tabela [6] –cenário 1 da proposta da PT
44
Tabela [7] –cenário 2 da proposta da PT
45
Tabela [8] –preços de aluguer e compra do material (proposta PT)
45
Tabela [9] –preços da proposta da ONI
47
Tabela [10] –preços de compra do equipamento de routing da ONI
47
Tabela [11] -preços de aluguer do equipamento de routing da ONI
48
Tabela [12] –preços da proposta da Cabovisão para cada Pólo
49
Tabela [13] –preço da ligação Aveiro-> O.Az. (proposta Wavecom)
52
Tabela [14] –anuídade da licença (proposta Wavecom)
52
Tabela [15] –preço das ligações em banda não licensiada (proposta Wavecom)
52
Tabela [16] –preço de todas as ligações propostas (proposta Wavecom)
53
Tabela [17] –preço damanutenção da Wavecom
53
Tabela [18] –anuídade (manutenção + licença)
53
Tabela [19] –preço por cada ligação Clix
55
Tabela [20] –preço das 3 ligações Clix
55
Tabela [21] –preço do material Redline (WiMAX)
57
Tabela [22] –resultados obtidos na ligação O.Az.-> Aveiro (WiMAX)
63
Tabela [23] –resultados obtidos na ligação O.Az.-> S.J.da Madeira
63
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Índice de Gráficos
Gráfico [1] - evolução dos custos da proposta da PT
46
Gráfico [2] -evolução dos custos da proposta da ONI
48
Gráfico [3] -evolução dos custos da proposta da Cabovisão
50
Gráfico [4] -evolução dos custos da proposta da Wavecom
54
Gráfico [5] -evolução dos custos da proposta da Clix
56
Gráfico [6] -evolução dos custos da solução WiMAX (Redline)
58
Gráfico [7] –comparação dos custos de todas as solução estudadas
60
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1 Introdução:
Projecto:
Planeamento de uma Rede Wireless para Ligação das
Unidades de Formação do Programa Aveiro Norte (PAN)
1.1 O Projecto
Este projecto pretende fazer o planeamento de uma rede wireless,
baseada em tecnologias emergentes, para interligação das unidades
de formação do programa Aveiro Norte, nomeadamente o CET de
Oliveira de Azeméis, o CET de S. João da Madeira e o CET de Ovar, e
da Universidade de Aveiro.
1.2 O Programa Aveiro Norte (PAN)
O Programa Aveiro Norte (PAN) destina-se à oferta de ensino e
formação tecnológica e profissional para o norte do distrito de Aveiro e
encontra-se organizado em diversas Unidades de Formação
Especializada (pólos), coordenadas pela Escola Aveiro Norte instalada
em Oliveira de Azeméis. No momento actual essas unidades servem os
concelhos de Oliveira de Azeméis, São João da Madeira e Ovar, sendo
que no futuro essa cobertura possa ser alargada a outros concelhos.
1.3 As Tecnologias
Para poder estar apto a ajuizar a melhor forma de levar a cabo
este projecto comecei por me tentar informar das diferentes
tecnologias disponíveis no mercado. Assim, tive que enriquecer os
meus conhecimentos relativamente a Wi-fi, WiMAX, LMDS, MBWA e
também sobre VPN’s.
Uma vez que o Wi-fi é nos dias de hoje relativamente conhecido
optei por não fazer uma descrição neste relatório, bem como do MBWA
mas desta feita por ser uma tecnologia que se encontra estagnada.
Quanto ás restantes tecnologias e VPN´s faço mais à frente uma
explanação.
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1.4 A Geografia
Devido á necessidade de existência de linha de vista, para que
seja viável o uso de algumas tecnologias, utilizei o site it-geo no
sentido de obter dados concretos sobre a topografia dos terrenos em
questão. Tal não foi de grande ajuda vista a distância entre os pontos
em questão ser muito elevada.
Como alternativa foram pedidas à Unave as cartas topográficas
dos referidos terrenos mas por falta de software adequado não foi
possível retirar daí os dados pretendidos.
Esta limitação veio mais tarde a ser ultrapassado aquando de uma
visita ao local feita no âmbito da proposta da Wavecom.
Assim, foi realizada uma análise no terreno, recorrendo ás
coordenadas GPS, no sentido de estudar a possível localização das
antenas de transmissão, visto a já mencionada necessidade de
existência de linha de vista, o que foi assegurado.
1.5 As Propostas
Outra das etapas passou pela análise das diferentes propostas, e
possíveis soluções, que nos foram apresentadas pela Portugal
Telecom, Oni, Cabovisão, Wavecom, Clix assim como pela comparação
destas com uma solução WiMAX que utilizava material da empresa
canadiana RedLine.
Mais adiante serão analisadas comparativamente as várias
propostas, nomeadamente atendendo ás diferentes capacidades de
transmissão de dados e custo das mesmas.
1.6 Os Testes
Na execução do projecto foi possível efectuar alguns testes no
terreno, o que possibilitou a obtenção de dados reais.
1.7 O Método de Trabalho
De forma a possibilitar a existência de um fio condutor, foram
sendo realizadas reuniões semanais, cujas actas se encontram
disponíveis na Matriz de Actividades do GSBL.
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2 Estudos efectuados
2.1 Introdução:
Para estar preparado para a realização deste Projecto, tive
necessidade de enriquecer os meus conhecimentos relativamente às
tecnologias wireless existentes/emergentes no mercado. Assim, tive
que fazer uma procura e estudo de algumas tecnologias como Wi-Fi,
WiMAX, LMDS, MBWA tendo sido também levado a cabo um breve
estudo sobre VPN’s, que passo a apresentar de seguida.
Nota: Relativamente ao Wi-Fi, por ser uma tecnologia actualmente de
conhecimento geral optei por não fazer a descrição da mesma neste
relatório, assim como não faço do MBWA mas neste caso por ser uma
tecnologia que se encontra estagnada e como tal de pouca relevância
na execução do planeamento.
2.2 WiMAX
2.2.1 Introdução:
WiMAX é uma tecnologia de comunicação wireless baseada em
padrões que oferece conexões de banda larga com alto volume de
transmissão de dados para longas distâncias. É uma implementação
do padrão IEEE 802.16, WiMAX (abreviação de "Worldwide
Interoperability of Microwave Access") que fornece conectividade de
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área metropolitana (ou MAN - metropolitan area network) com
velocidades de até 75Mbps por estação base, com células de
tamanhos típicos de 2 a 10Km’s.
Os custos das infra-estruturas e os custos de implementação do
WiMAX são menores do que os das tecnologias celulares. Até ao
momento, existem três variações principais do padrão: a 802.16a
(fixed wireless access), 802.11d (fixed wireless access) e o 802.16e
(mobile wireless access). Os padrões estão a ser desenvolvidos pelas
empresas que participam no WiMAX Forum, nomeadamente a Intel,
Alcatel, AT&T Nokia, Fujitsu, France Telecom, Motorola, Siemens, entre
outras.
A figura 1 apresenta o posicionamento de cada um dos padrões
de acesso wireless, do lado esquerdo temos os padrões IEEE e do lado
direito os padrões ETSI equivalentes.
Figura 1
Fonte: Intel
A tabela 1 apresenta uma comparação entre as tecnologias
celulares e WiMAX.
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Celular
Parametro
Família
tecnologia
modulação
Edge HSPDA
1xEVDO
802.162004
TDMA
OFDM/OFDMA
da
WCDMA (5 CDMA2K
GMSK
QPSK,
16
e
MHz) QPSK QPSK &
e 8QAM
&
& 16 QAM
16 QAM
PSK
64 QAM
de
802.16e†
OFDMA
QPSK
escalável,
16
QAM
&
64 QAM
2,4
Mbps
75
Mbps
(canal de 20
MHz)
18 75 Mbps (máx.)
Mbps· (canal
de 5 MHz)
T-put
<750 kbps <140
<
130
inicialmente Kbps
Kbps
80%
do
desempenho do
modelo de uso
fixo
Taxa de dados de 473
pico
Kbps
Taxa
transmissão
média
WiMAX
10,8 Mbps
1 a 3 Mbps
2
a
Alcance interface
10
2 a 10 km
ar (célula média)
km
2 a 10
2 a 10 km
km
Largura de banda 200
do canal
KHz
1,25
MHz
5 MHz
2 a 7 km
Escalável de Escalável de 1,5
1,5 a 20 MHz a 20 MHz
Tabela 1
2.2.2 Evolução:
Inicialmente, o padrão 802.16, que foi ratificado em Dezembro
de 2001, focava basicamente as faixas de frequências situadas entre
os 10GHz e os 66GHz, sendo que tinha de existir linha de vista.
Em 2003 foi concluída a versão 802.16a que permitia aplicações
sem linha de vista, operava dentro das faixas de frequência entre os
2GHz e os 11 GHz e permitia também interoperabilidade.
A tabela 2 apresenta a evolução das especificações do IEEE para
a Wireless MAN.
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IEEE 802.16
Dezembro de
2001
IEEE 802.16c
Dezembro de
2002
IEEE 802.16a
Janeiro de
2003
IEEE 802.16d
1ºTrimestre de
2004 WiMAX
IEEE 802.16e
4ºTrimestre de
2004 WiMAX
Sem linha de
10-66 GHz
vista
Até
Linha de vista
75Mbps
na Mobilidade
Modificações
Até 34 Mbps
(canais de 28
(canais de 20 802.16a
Nomandica
MHz)
Interopelabilidade MHz)
Interoperabilidade 802.11/16
Tabela 2
2.2.3 Aplicações:
Como a figura 2 ilustra, o WiMAX irá facilitar o desenvolvimento
de uma série de aplicações de banda larga wireless. Aplicações estas
que são possiveis tendo em conta algumas características da
tecnologia WiMAX, como:
-
Fornecimento de link de dados de NxE1 (com garantia de
banda).
-
Fornecimento de link de dados de fração de E1 (com garantia de
banda).
-
Fornecimento de link de dados num padrão equivalente ao ADSL
/Cable Modem.
-
Interoperabilidade, isto é, o usuário pode transportar o seu CPE
(customer premise equipment) e utilizar o serviço em diferentes
locais.
-
Instalação do CPE no modo plug and play.
-
Cobertura sem linha de vista
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Figura 2
Fonte: WiMAX Forum
2.2.4 Características Técnicas:
2.2.4.1 Modulação
O WiMAX pode operar em três modos, todos PHY, o single
carrier, o OFDM 256 e o OFDMA 2K. Sendo que o mais utilizado é o
OFDM 256.
2.2.4.2 Throughput
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Com um esquema de modulação robusto, o WiMAX consegue
entregar elevadas taxas de throughput a uma grande distância e com
uma elevada eficiência espectral, sendo também tolerante às reflexões
de sinais. Dependendo das condições de propagação, temos que a
velocidade de transmissão de dados pode variar entre 1 Mbps e 75
Mbps. O raio típico de uma célula WIMAX é de 6 Km a 9 Km.
Uma modulação dinâmica adaptativa possibilita que a estação
rádio base negoceie o throughput e o alcance do sinal. Isto é, se a
estação radio base não puder estabelecer um link robusto com um
utilizador localizado a uma grande distância, através de um esquema
de modulação de maior ordem, o 64 QAM (Quadrature Amplitude
Modulation), a modulação é alterada e reduzida para 16 QAM ou QPSK
(Quadrature Phase Shift Keying), o que embora reduzindo o
throughput, aumenta o alcance do sinal.
2.2.4.3 Escalabilidade
De maneira a facilitar o planeamento da célula WiMax, quer nas
bandas licenciadas, quer nas não licensiadas, o 802.16a/d suporta
diversas larguras de banda. Por exemplo, no caso de um operador ter
disponível 20 MHz de espectro, ele pode dividi-lo em dois sectores de
10 MHz ou 4 sectores de 5 MHz cada.
O operador pode aumentar a quantidade de utilizadores
mantendo um bom alcance de sinal e um bom throughput.
O operador pode reusar a mesma banda de frequências em
diversos sectores, criando um isolamento entre as antenas da estação
rádio base.
2.2.4.4 Cobertura
O padrão 802.16 suporta tecnologias que permitem a expansão
de cobertura, como as tecnologias de "smart antenna" e as tecnologias
mesh.
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2.2.4.5 Qualidade de Serviço
O padrão 802.16 apresenta uma qualidade de serviço que
permite a transmissão de voz e vídeo (redes baixa latência).
Diferentes niveis de serviço (carrier class).
2.2.4.6 Segurança
O padrão 802.16 permite transmissões seguras e privadas,
através do uso de criptografia e procedimentos de autenticação.
2.2.4.7 Alcance:
Até mais ou menos 50Km’s.
2.2.4.8 Espectro:
Utiliza frequências rádio entre os 2GHz e os 11GHZ.
Pode utilizar frequências que requerem licenciamento ou
frequências não licenciadas.
Figura 3 – Espectro 802.11/ 802.16
Fonte Proxim
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2.2.4.9 Arquitectura:
Figura 4 – Exemplo rede WiMAX
Fonte: WiMAX Forum
2.2.5 Preço:
Esta é a caracteristica mais dificil de definir pois sendo o WiMAX
uma tecnologia emergente, os preços ainda não estão estáveis, variam
quase mensalmente, e para além disso os preços do material (base
station, subscriver station, etc..) variam muito de fabricante para
fabricante. Ao preço do material pode ainda acrescer o preço da
licença, fruto de estarmos a utilizar uma banda licenciada.
Nota: Tendo por base o material AN-100 da Redline (3,44GHz) que foi
utilizado em testes efectuados durante o desenrolar do projecto, temos
que uma Base Station e duas Subscrivers Stations custaríam
24,000.00 euros e uma licença anual aproximadamente 3,500.00
euros.
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2.2.6 Futuro:
Os membros do comité do padrão IEEE 802.16 estão a trabalhar
para obter uma evolução incremental da operação fixa, para a
portabilidade e mobilidade. A emenda IEEE 802.16e tratará da
especificação base para permitir não só a operação fixa, mas também
a operação portátil e móvel. Os grupos de trabalho da IEEE 802.16f e
IEEE 802.16g estão a tratar das interfaces de gerenciamento para
operação fixa e móvel. Num cenário de mobilidade total, o usuário
poderá estar em movimento e, simultaneamente, a aceder a dados ou
a participar numa sessão de multimédia streaming em ligações de
banda larga.
A Intel prevê que a distribuição do WiMAX venha a ser feita em
três fases: a primeira fase da tecnologia WiMAX (baseada na IEEE
802.16-2004) oferecerá conexões sem fio fixas através de antenas ao
ar livre, na primeira metade de 2005. Na segunda metade de 2005, o
WiMAX estará disponível para instalação interna, com antenas
menores, similares às dos pontos de acesso Wi-Fi de hoje. Neste
modelo interno fixo, o WiMAX estará disponível para uso em amplas
distribuições para consumidores de banda larga residenciais, e estes
dispositivos tornar-se-ão "instaláveis pelo usuário", diminuindo os
custos de instalação para os provedores. Em 2006, a tecnologia será
integrada nos computadores portáteis para suportar a habilidade de
movimento de uma área de serviço WIMAX para outra.
A Figura 5 mostra a evolução do WiMAX.
Figura 5 – Evolução WiMAX
Fonte Intel
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No dia 7 de Setembro de 2004, a Intel anunciou seu primeiro
chip de acesso sem fio de banda larga compatível com 802.16-2004,
com o nome de código "Rosedale", que deverá ser o primeiro projeto
de "sistema-em-chip" para CPEs (customer premise equipments) de
alta relação custo/benefício que suporta o padrão IEEE 802.16-2004.
Os CPEs são colocados em residências ou em empresas para transmitir
e receber sinais de banda larga sem fio, fornecendo conectividade com
a Internet.
WiMax pode começar por ser utilizado como backhaul para o WiFi, que pode continuar a ser utilizado pelos clientes, para distribuir o
serviço de banda larga pelas suas casas (figura 6).
Figura 6 – Exemplo de implementação que utiliza WiMAX como backhaul e Wi-Fi para ultimo acesso
______________________________________________________________________________________
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2.3 LMDS
2.3.1 Introdução:
A tecnologia LMDS foi desenvolvida a partir de 1986, utiliza
como meio de transmissão microondas rádio numa configuração ponto
multiponto formando células que visam optimizar a cobertura de uma
localidade.
No ínicio a tecnologia LMDS oferecia serviços de TV por
assinatura, a partir da transmissão analógica de sinais de televisão.
Hoje, com o desenvolvimento das tecnologias de transmissão digital, o
LMDS tornou-se uma excelente alternativa para acesso de última milha
(last mile access) de serviços da banda larga.
Actualmente os sistemas baseados na tecnologia LMDS
disponíveis no mercado fornecem, entre outras, as interfaces Ethernet
a 10 Mbit/s, E1 full e fracionado, ATM a 25 Mbit/s e Frame Relay. Com
o desenvolvimento da tecnologia, iremos ter interfaces de maior
velocidade a serem disponibilizadas, tais como E3, T3 e Fast Ethernet
a 100 Mbit/s.
A partir dessas interfaces podem ser fornecidos serviços de
interligação de redes corporativas (VPN), de acesso à internet em
banda larga (incluindo aplicações VoIP, Vídeo Conferência e Video On
Demand), e outros serviços de banda larga.
As faixas de frequência utilizadas pelo LMDS estão na região dos
25 e 30 GHz, sendo também utilizada a faixa dos 38 GHz, dependendo
da regulamentação existente.
2.3.2 Células de Transmissão:
As células que utilizam a tecnologia LMDS são compostas por
uma Estação Rádio Base (ERB) ou Base Station, e por diversas
Estações Remotas (ER) ou Customer Premisses Equipment (CPE).
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As ERBs podem ser de 2 tipos: omnidirecionais, com uma única
antena para cobertura geométrica de 360º, ou sectorizadas, com
antenas específicas para cada sector.
Os CPE’s utilizam antenas direcionais alinhadas com a ERB,
normalmente com feixes de 2º de abertura.
As células omnidirecionais possuem uma única antena
transmissora com cobertura geométrica de 360º. Contudo, a
vantagem de utilizar uma única antena é apenas aparente, visto que
não apresenta resultados práticos eficientes, pois para que essa
antena atinja o raio planeado a potência de transmissão do
equipamento tem de ser muito alta para compensar o baixo ganho da
antena. Outra desvantagem é que toda a banda disponível na célula
deve ser dividida por todos os CPE’s espalhadas nos 360º da área de
cobertura.
A célula sectorizada utiliza antenas sectoriais que possuem
ângulos de cobertura que variam entre os 30º e os 90º. Assim, para
cada ERB cobrir os 360º, devem ser instaladas 4 antenas (no caso de
termos sectores de 90º) ou 12 antenas (no caso de termos sectores de
30º). De um modo geral, na prática, para viabilizar o custo da
implantação da célula, utilizam-se sectores de 90º (figura 7), visto
que oferecem uma melhor relação custo/benefício.
Figura 7
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As células sectorizadas apresentam a vantagem de poder
oferecer uma banda de frequência para cada sector, aumentado a
banda total da célula. Além disso, a potência dos transmissores pode
ser menor devido ao ganho obtido pelas antenas sectorizadas
2.3.2.1 Interferência:
Para que não haja interferência entre as células ou sectores
adjacentes, deve-se inverter a polarização.
No caso das células adjacentes, é imprescindível que a antena do
CPE tenha uma óptima isolação contra as ondas eletromagnéticas que
possam vir a incidir na sua parte traseira, para que o sinal proveniente
da ERB adjacente não interfira com o sinal principal, proveniente da
ERB para a qual a antena do CPE está apontada.
Nos cálculos de cobertura deve-se também respeitar o facto de a
polarização horizontal, por limitações da sua natureza de propagação,
ter menor alcance do que a polarização vertical.
Figura 8 – Polarização das antenas nas células
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2.3.3 Multiplexação:
A tecnologia LMDS permite duas técnicas de multiplexação para
a transmissão de dados.
2.3.3.1 Multiplexação FDD (Frequency Division Duplexing)
Em FDD, os dados transmitidos no sentido da ERB para o CPE ,
downstream, andam em canais separados dos dados transmitidos no
sentido inverso (do CPE para a ERB), upstream, necessitando para que
isso possa acontecer de uma banda de segurança, banda sem uso
entre as faixas, causando assim mau aproveitamento do espectro de
frequências.
Figura 9 – FDD
2.3.3.2 Multiplexação TDD (Time Division Duplexing)
Em TDD, é utilizada toda a largura do espectro, de acordo com as
necessidades de tráfego, para a transmissão de dados em ambos os
sentidos. Neste tipo de multiplexação não é necessária a existência de
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uma banda de segurança e como tal, todo o espectro pode ser
aproveitado para o tráfego de dados.
Figura 10 – TDD
2.3.4 Modulação:
A tecnologia LMDS pode utilizar dois tipos de modulação digital:
QPSK (Quadriphase-Shift Keying) e QAM (Quadrature Amplitude
Modulation).
A modulação QPSK apresenta a vantagem de ter uma maior área
de cobertura, derivada do maior alcance obtido por esse tipo de
modulação, contudo a qualidade de serviço oferecida aos utilizadores
que se encontrem mais próximos da ERB é significativamente menor
do que nas outras técnicas de modulação.
Por sua vez, os equipamentos que utilizam modulação QAM16 ou
QAM64 não cobrem as distâncias conseguidas pela modulação QPSK,
principalmente o QAM64, contudo apresentam qualidade de sinal
superior.
Para melhorar a qualidade, sem não esquecer a distância
alcançada, já se começaram a utilizar os dois tipos de modulação em
simultaneo, o que faz com que os utilizadores mais próximos sejam
atendidos com a excelente qualidade de serviço da modulação QAM, e
os mais longínquos também sejam atendidos com a modulação QPSK,
embora não com a mesma qualidade de serviço.
Utilizando como exemplo a faixa do espectro de frequência
correspondente aos 28GHz numa célula projectada para uma
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cobertura com raio de 3 km, a modulação QAM64 sería utilizada para
cobrir distâncias até 1km da ERB, a modulação QAM16 seria utilizada
para cobrir distâncias entre 1 e os 2km da ERB e finalmente a QPSK
para distâncias entre os 2 e os 3km da ERB. Para todos os casos
considera-se a disponibilidade de até 99,9%.
Figura 11 – Exemplo das modulações utilizadas em função da distância
2.3.5 Características:
•
•
•
Precisa de linha de vista devido à alta frequência
Largura de Banda superior 1GHz
Distancia até 4 Km
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2.3.5.1 Espectro:
Pode utilizar frequências entre os 24GHz e os 31GHz, mas o
mais habitual é utilizar na banda dos 28GHz.
Figura 12 – Espectro LMDS
2.3.6 Vantagens:
¾ Custos das infra-estuturas é mais baixo que o das opcções
com fios
¾ “Rápida” instalação
¾ Elevada data rate e serviços possiveis voice/video/data, QoS,
VoIP, VPN.
¾ Não tem problemas Doppler, não tem problemas de Handover
em células adjacentes
¾ Preço do serviço
¾ Flexibilidade de rede
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2.3.7 Dificuldades:
¾ Técnicas:
Precisa de linha de vista clara devido a operar
a altas frequencias(ondas radio “viajam” em linhas
estreitas que podem ser facilmente blocadas ou
interrompidas), isto pode ser combatido utilizando
mais transmissores e/ou repetidores, mas o custo
aumenta.
¾ Não Técnicas: Custos das licenças
Preço
dos
CPE
(customer
equipement) é elevado
premises
Figura 13 – Exemplo de uma configuração LMDS
Fonte: Alcatel
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2.3.8 Exemplo de equipamento:
Exemplo de equipamento Alcatel Evolium 7390 LMDS Broadband
System
Base station RF
Figura 14
CPE radio termination
Figura 16
Base station digital
Figura 15
Terminal network
Figura 17
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Exemplo de material da RadioWaves,inc
Figura 18
2.3.9 Conclusão:
A tecnologia LMDS é um excelente complemento para as redes
de fibras ópticas como acesso de última milha, uma vez que oferece
serviços de banda larga com boa qualidade e disponibilidade.
Como toda a tecnologia de rádio em microondas, ela está
exposta aos problemas inerentes à frequência de trabalho, pois em
regiões de alto índice pluviométrico a sua qualidade de transmissão
pode ser afectada em função das chuvas.
Além disso, deve-se também considerar no projecto da célula a
morfologia da região, pois como os feixes transmitidos são
extremamente direcionais (principalmente o transmitido pelo CPE), as
obstruções dos prédios e outros factores podem causar grandes áreas
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de sombra. Desta forma a escolha da localização da ERB deve ter em
consideração a localização dos seus futuros utilizadores.
Em tempos de consolidação da oferta de serviços de acesso à
internet em banda larga para residências e pequenas e médias
empresas, o LMDS pode ser uma excelente forma de atendimento a
essas demandas, oferecendo uma boa qualidade de serviço aliada à
grande largura de banda.
Há que se considerar no entanto, que os CPE’s disponiveis no
mercado têm, ainda, um custo elevado.
Com os desenvolvimentos em curso, novos CPE’s de menor
custo irão ser disponibilizados em breve, sendo que também será
possível utilizá-los para atender outros serviços, tais como ADSL,
porém oferecendo melhor qualidade de serviço de banda larga.
2.4 Comparação entre WiMAX e LMDS:
A tabela 3 ilustra uma breve comparação entre as duas
tecnologias apresentadas:
wimax - 802.16
lmds (mini link)
pode chegar 280Mbps
pode chegar 37Mbps p/
carrier
Espectro
frequências rádio- 2GHz a 11GHz
de 24 GHz a 31 GHz
Alcance
(+/-) 50Kms
(+/-) 5km
QoS
diferentes niveis serviço(carrier
class)
carrier class
Segurança
mantem segurança tecnol.fixed
wireless
Maturidade
emergente
existente
Mobilidade
opçoes fixed wireless e portavel
fixed wireless
Largura
Banda
de
Tabela 3 – comparação entre WiMAX e LMDS
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2.5 VPN
2.5.1 Introdução:
Hoje em dia é muito frequente uma empresa, uma universidade,
um banco, etc, possuir sede numa localidade e diferentes escritórios,
pólos, balcões, etc, em localidades distintas. Existindo uma rede local
em cada um desses pólos, a empresa, por razões de segurança
(garantir autenticação, integridade dos dados e confidencialidade das
comunicações), melhor qualidade de serviço (ter uma garantia quanto
à disponibilidade e performance do serviço), reduzir custos e
eventualmente pela não existência de uma rede pública, tem todo o
interesse em interligá-las através de uma rede privada que possibilite
o acesso a uma intranet corporativa e aplicativos na rede da matriz.
Sendo uma rede privada uma rede que ao contrário das redes
públicas, só pode ser utilizada pela própria empresa, grupo de pessoas
ou dispositivos autorizados.
Esta rede privada também poderá ser usada para tráfego
telefónico interno entre a sede e as suas filiais, poderá incorporar
conexões com fornecedores e/ou clientes e dar acesso remoto a
funcionários.
Figura 19 – Empresa com filiais em lugares distintos munidas de uma rede local, que a empresa
pretende interligar através de uma rede privada
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Uma das maneiras de implementar esta rede privada (WAN wide
area network), a que apresenta custos mais baixos, é estabelecer uma
rede privada virtual, VPN.
Podem-se criar VPN´s formadas por circuitos virtuais (FR - frame
relay ou ATM), utilizando a internet ou VPN/IP que são oferecidas por
um ISP.
2.5.2 VPN´s FR ou ATM:
As VPN´s FR ou ATM, diferem das redes privadas formadas com
circuitos dedicados porque nestas os circuitos ao serem virtuais,
propíciam uma melhor utilização da capacidade da infra-estrutura de
telecomunicações e consequentemente apresentam um preço mais
baixo de aluguer.
O backbone virtual que interliga os routers nos vários locais pode
ter uma configuração em malha ou em estrela. Para implementar este
backbone virtual que liga os routers através de circuitos dedicados
e/ou virtuais (FR, ATM), existem duas opções.
Alugar os circuitos assumindo o planeamento e o correcto
funcionamento do backbone, ou contractar um serviço de “managed
router”, que alguns ISP´s oferecem, em que a configuração e a
administração da rede é da conta do ISP.
2.5.3 VPN Internet:
O objectivo principal quando se implementa uma VPN na
Internet é assegurar que os dados circulam de uma forma segura. Ao
mesmo tempo, temos que a qualidade de serviço é a da Internet.
A forma de aumentar a segurança é através do uso de
“Tunneling” (encapsula-se um protocolo dentro de outro). A tabela 4
ilustra esse encapsulamento num pacote IP.
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IP
Cabeçalho
Original
Dados
IP
IP
Cabeçalho
Novo
do outro Cabeçalho
Cabeçalh
protocolo Original
o
Dados
Tabela 4 – Encapsulamento num pacote IP
2.5.3.1 Principais Protocolos
Os protocolos principais de “Tunneling” que se usam em VPN´s
na Internet são:
•
IPSec
O IP Security (IPSec) é um conjunto de protocolos definido pelo
IETF para garantir que as comunicações em redes IP são
seguras.
O IPSec garante autenticação, integridade e confidencialidade ao
nível do pacote de dados através da adição de dois cabeçalhos,
AH (cabeçalho de autenticação) e ESP (payload de
encapsulamento de segurança).
Contudo o IPSec apresenta algumas desvantagens como o
overhead que é imposto ao pacote de dados e o facto dele só
oferecer suporte a redes IP, o que impossibilita autenticação por
parte de utilizadores com acesso remoto.
•
PPTP
O Point-to Point Tunneling Protocol é uma extenção do protocolo
PPP (utilizado no acesso à Internet via linha telefónica), que
possibilita a autenticação a utilizadores remotos.
•
L2TP
O Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) é um protocolo definido pelo
IETF que combina as características dos protocolos PPTP e Layer
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
2 Forwarding (L2F) desenvolvido pela Cisco. Utiliza o IPSec para
a criptografia dos dados.
Assim como o PPTP, é um protocolo de “Tunneling” que opera na
camada 2 do modelo OSI, enquanto que o IPSec é um protocolo
que opera na camada 3.
A solução L2TP/IPSec é a solução mais completa visto que
possibilita a utilização de criptografia e a autenticação aos utilizadores
com acesso remoto.
Figura 20 – Arquitectura de uma rede que liga uma empresa à sua filial
2.5.4 VPN/IP
Se a VPN for alugada a um ISP, ela pode ser de 2 tipos:
•
VPN/IP com os protocolos de “Tunneling” IPsec, L2TP ou PPTP.
O ISP iría estabelecer prioridades através de serviços
diferenciados do protocolo IP (diffserv) garantindo desta forma
qualidade de serviço.
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______________________________________________________________________________________
•
VPN/IP utilizando MPLS
As VPN com “Multiprotocol Label Switching” asseguram a
distribuição dos pacotes, através do BGP (Border Gateway
Protocol) nos routers e também através das tabelas de
distribuição dos routers, sendo que cada VPN tem a sua.
O mecanismo de “Label Switching” do MPLS permite que as
várias VPNs possam utilizar os mesmos endereços locais, visto
que na rede os pacote irão ser encaminhados através do rótulo
(label) de endereçamento do MPLS.
Esta solução é hoje em dia a mais utilizada pelos ISP´s que
fornecem VPN´s.
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
3 Planeamento
3.1 Introdução:
Para poder fazer uma avaliação das tecnologias que poderiam
ser utilizadas na implementação da rede, visto que cada uma tem
características específicas muito próprias relativamente às distâncias
de alcance e condições de linha de vista, foi necessário começar por
fazer um levantamento geográfico e topográfico do terreno onde iria
ser implementada a mesma.
Recorrendo ao site www.it-geo.pt foi possível fazer o
levantamento necessário em termos das distâncias entre os
respectivos Pólos do PAN e a Universidade de Aveiro, e também
relativamente há existência ou não de linha de vista entre os mesmos.
Na figura 21 encontra-se o mapa de localização dos Pólos e na
tabela 5 as respectivas distâncias.
Nota: Encontra-se também representado no mapa (a verde), o
depósito de água de Cucujães, que por ser um sítio alto e por se
encontrar numa posição relativamente central relativamente aos Pólos
do PAN, poderia vir a ser importante para a colocação de um repetidor
no caso da não existência de linha de vista para algum dos Pólos,
como viria a acontecer com o Pólo de Ovar.
Figura 21 – Mapa de localização dos Pólos do PAN e da U.A.
Legenda:
Cucujães
O Pólos do PAN e Universidade de Aveiro
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3.2 DISTÂNCIAS:
Oliv.Azeme S.João
Aveiro Cucujães
Ovar
is
Madeira
Aveiro
27,6 Km 24 Km
25,75 Km
31 Km
Cucujães
27,6 Km
9,75 Km
4,6 Km
3,85 Km
Ovar
24 Km 9,75 Km
12,7 Km 12,3 Km
25,75
Oliv.Azemeis
7,15 Km
Km
4,6 Km 12,7 Km
S.João
Madeira
31 Km 3,85 Km 12,3 Km 7,15 Km
Tabela 5 – distâncias entre os Pólos do PAN e a U.A.
Pela análise da tabela pode-se verificar que as distâncias mais
elevadas são na ordem dos 30 Km.
3.3 Linha de Vista
Para verificar a existência de linha de vista ou não, voltei, como
já foi referido em cima, a recorrer ao www.it-geo.pt , assim como pude
contar mais tarde com a “ajuda” dada pela Wavecom, que no terreno
fez um levantamento das coordenadas GPS dos locais.
Nas figuras 22, 23, 24 e 25 encontram-se as respectivas
análises topográficas das ligações.
CET do Calçado (S.J.da Madeira) – Edificio Rainha (O.Azeméis)
Figura 22
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Antiga Reitoria da UA – Edifício Rainha (O. Azeméis)
Figura 23
Conforme pode ser visto pelos traçados de perfil, estas duas
ligações, a 1ª de +/- 7Km e a 2ª de +/- 26 Km, são em condições de
linha de vista.
Como para Ovar não existiam condições de linha de vista a partir
de Aveiro, nem de Oliveira de Azeméis ou São João da Madeira, foi
estudada a possibilidade de inclusão de um repetidor no depósito de
água de Cucujães. Assim foi efectuado o mesmo estudo relativamente
às condições de linha de vista (figura ).
Depósito de Águas (Cucujães) – EB 2 3 de Ovar
Figura 24
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Edifício Rainha (O.Azeméis) – Depósito de Águas (Cucujães)
Figura 25
Como se pode observar, existe linha de vista entre o edifício
Rainha em O.Az. e o depósito de água de Cucujães, assim como entre
o mesmo depósito e Ovar.
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4 Análise das várias soluções
4.1 Proposta efectuada pela P.T. (Portugal Telecom)
A solução apresentada para interligar a Universidade de Aveiro
aos centros tecnológicos de O. Azeméis, S.João da Madeira e Ovar,
para comunicação de dados é baseada em acessos frame relay
(circuitos de acesso à rede frame relay da PT Prime serão circuitos
digitais dedicados da PT), com CIR´s de dados.
O acesso da U.A. pode ser feito de duas formas, com débito de
1024Kbps (cenário 1) ou com débito de 2Mbps (cenário 2).
Todos os preços incluem Iva 19%
Cenário 1
Débito de 1024Kbps no
acesso da UA
Débitos de 512Kbps nos
restantes locais
Instalação
Preço
Preço
7.719,53 €
Mensalidade
4.105,50 €
Anuidade
49.266,00 €
Tabela 6 – cenário 1
Isenção do preço da instalação em contractos de duração igual
ou superior a 2 anos
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Cenário 2
Débito de 2Mbps no
acesso da UA
Débitos de 512Kbps
nos restantes locais
Instalação
Preço
8.195,53 €
Mensalidade
Preço
Anuidade
4.188,80 €
50.265,60 €
Tabela 7 – cenário 2
Isenção do preço da instalação em contractos de duração igual
ou superior a 2 anos
Quer no cenário 1, quer no cenário 2 os preços de aluguer ou
compra do material são iguais.
Aluguer
Router´s cisco
Instalação
Preço
714,00 €
Mensalidade
Preço
Anuídade
198,35 €
2.380,19 €
Compra
Router´s cisco
Preço
Preço
4.467,03 €
Manutenção OMG 2 (anual)
637,74 €
Tabela 8
A opção de compra começa a justificar-se a partir do 3º ano
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4.1.1 Evolução dos custos
Evolução dos custos da proposta apresentada pela PT ao longo
de 10 anos (embora num mercado como o das telecomunicações não
faça muito sentido fazer projecções a 10 anos, ao longo da avaliação
das soluções propostas optei por o fazer de maneira a ter uma base de
comparação)
Custos - Proposta PT
550.000,00 €
495.000,00 €
440.000,00 €
385.000,00 €
Euros
330.000,00 €
cenário 1
275.000,00 €
cenário 2
220.000,00 €
165.000,00 €
110.000,00 €
55.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 1
______________________________________________________________________________________
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4.2 Proposta apresentada pela ONI:
A solução apresentada para sustentar as comunicações privadas
de dados da U.A. é composta por uma VPN IP MPLS suportada em
circuitos dedicados e equipamentos de routing Cisco.
A solução de acesso à VPN IP MPLS proposta é suportada em
circuitos dedicados entre cada um dos centros tecnológicos e os nós de
acesso mais próximos da OniTelecom. Circuitos de acesso esses que
apresentarão 2Mbps na U.A. e 1Mbps nos três centros tecnológicos,
O.Azeméis, S.João da Madeira e Ovar respectivamente.
Preços Data 4B VPN
IP MPLS
Preço
Mensalidade
(36 meses)
Mensalidade Anuidade
(24 meses) meses)
3.744,32 €
3.815,91 €
(36 Anuidade
(24 meses)
44.931,88 €
45.790,96 €
Tabela 9
Preços equipamento routing
Regime venda
Venda
Preço
7.915,39 €
Preço
Instalação
743,75 €
Preço
Manutenção anual
474,92 €
Tabela 10
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Regime aluguer
Preço
Mensalidade
(36 meses)
Mensalidade Anuidade
(24 meses) (36 meses)
334,93 €
452,32 €
Anuidade
(24 meses)
4.019,11 € 5.427,83 €
Tabela 11
Evolução dos custos da proposta apresentada pela ONI ao longo
de 10 anos
Custos - Proposta ONI
500.000,00 €
450.000,00 €
400.000,00 €
350.000,00 €
Euros
300.000,00 €
250.000,00 €
VPN IP MPLS
200.000,00 €
150.000,00 €
100.000,00 €
50.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 2
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4.3 Proposta apresentada pela Cabovisão:
A solução apresentada pela Cabovisão, mantém a ligação da
U.A. nos moldes em que se encontra neste momento, e apresenta
ligações para os centros tecnológicos com velocidades 2Mbps/
512Kbps (com tráfego ilimitado) e 8 IP´s para cada um dos centros.
Todos os preços incluem Iva de 19%
O. Azeméis
2Mbps/
Ilimitado)
512Kbps
(traf.
167,55
Preço
€
8 IP´s
Preço
€
47,60
Anuidade
215,15
Preço Total
S.João
Madeira
€
da
2Mbps/
Ilimitado)
Preço
2.581,82
€
€
8 IP´s
512Kbps
(traf.
167,55
47,60
Preço
€
Anuidade
Preço Total
€
215,15
€
2.581,82
______________________________________________________________________________________
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Ovar
2Mbps/
Ilimitado)
Preço
€
8 IP´s
Preço
€
512Kbps
(traf.
167,55
47,60
Anuidade
Preço Total
215,15
€
Preço Total/ Ano
2.581,82
€
7.745,47 €
Tabela 12
Este preço não inclui a ligação da U.A.
Evolução dos custos da proposta apresentada pela Cabovisão ao
longo de 10 anos
Proposta Cabovisão sem UA
90.000,00 €
80.000,00 €
70.000,00 €
Euros
60.000,00 €
50.000,00 €
Cabovisão sem a UA
40.000,00 €
30.000,00 €
20.000,00 €
10.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 3
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
4.4 Proposta apresentada pela Wavecom:
A solução apresentada pela Wavecom para a interligação dos
três centros tecnológicos, O.Azeméis, S.João da Madeira e Ovar
respectivamente, e a U.A. passa por uma ligação em banda licenciada
entre a U.A. e o edifício Raínha (O.Azeméis) que distam 27Km, dado
que não seria possível cobrir esta distância com outro tipo de
tecnologia. Todas as outras ligações são feitas em banda não
licenciada, na banda dos 5,6GHz, permitindo uma taxa de transmissão
superior a 20Mbps em qualquer das ligações. Todas as ligações são
efectuadas em condições de linha de vista.
Na figura 26 podem ser vistas todas as ligações propostas.
Figura 26
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Ligação em banda licenciada U.A. (ant. Reitoria) – O.Azeméis (edif.
Rainha)
Banda Licenciada
Ligação
O.Azemeis
Aveiro- Material,
Instalação,
Planeamento, etc
Site
Survey,
48.177,15
Preço
€
Preço Total
48.177,15
€
Tabela 13
Anuídade Licença:
Ligação
O.Azemeis
Aveiro-
Preço
Licença (Link com 7MHz para 27Km)
3.598,56
€
Tabela 14
Ligação em banda não licenciada
Banda não Licenciada
Ligação
O.Azemeis- Material,
Instalação,
S.J.Madeira
Planeamento, etc
Ligação
O.AzemeisDepósito H2O
Ligação Depósito H2O-Ovar
Preço
Site
Survey,
19.980,10 €
Tabela 15
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Preço de todas as ligações
Todas as ligações
Preço
68.157,25
€
Tabela 16
Preço manutenção
Manutenção
Simples
Preço
Premium
Preço
4.522,00 €
6.545,00 €
Tabela 17
Anuídade (manutenção + licença)
Anuidade
Preço
Simples – Preço
Premium – Preço
Simples – Preço Total
Premium – Preço Total
Licença (Link com 7MHz para 27Km)
3.598,56 €
Manutenção
4.522,00 €
6.545,00 €
8.120,56 €
10.143,56 €
Tabela 18
______________________________________________________________________________________
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Evolução dos custos da proposta apresentada pela Wavecom ao
longo de 10 anos.
Custo - Proposta Wavecom
220.000,00 €
Euros
165.000,00 €
Simples
110.000,00 €
Premium
55.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 4
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
4.5 Possível solução Clix turbo ADSL 8Mbps:
Esta solução, Clix, já se encontra disponível em Aveiro mas não
nas restantes localidades onde se encontram os Pólos do PAN. Ainda
não é claro para quando é que este serviço estará disponível nessas
mesmas localidades.
Esta ligação apresenta uma velocidade de 8192Kbps/ 400Kbps.
Preços:
Cada ligação
Clix
turbo
tráfego)
8Mbps
(50G
Activação
Preço
25,00 €
Mensalidade
Anuídade
Preço
54,90 €
658,80 €
Preço Total ano
683,80 €
Tabela 19
Três ligações
Clix
turbo
tráfego)
8Mbps
(50G
Activação
Preço
75,00 €
Mensalidade
Anuídade
Preço
164,70 €
1.976,40 €
Preço Total ano
2.051,40 €
Tabela 20
______________________________________________________________________________________
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Evolução dos custos da solução Clix 8Mbps ao longo de 10 anos
Custo Clix 8Mbps
25.000,00 €
Euros
20.000,00 €
15.000,00 €
Clix 8Mbps - sem U.A.
10.000,00 €
5.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 5
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
4.6 Possível solução 802.16 (WiMAX):
Esta solução é baseada na tecnologia WiMAX, o que como já foi
visto anteriormente permite um alcance na ordem dos 50 Km em
condições de linha de vista, ou seja, adequa-se perfeitamente à
implementação que desejamos.
Em termos de estudo de viabilidade económica para esta
solução, foi utilizado o preço do material AN-100 da empresa
canadiana Redline.
Nota: A P.T. em tempos adquiriu este material, que neste momento se
encontra no IT na equipa do Prof. Rui Aguiar para realização de testes.
Assim foi-nos permitido testar as ligações pretendidas no terreno. Esta
é a razão pela qual foi utilizado no estudo económico que se segue.
Preços:
Banda de frequência - 3,44
GHz
Largura do canal - 7 MHz
1 Base Station + 2 Subscrivers 24.000,00
Stations
€
Licença anual
3.500,00
€
Tabela 21
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Evolução dos custos desta solução ao longo de 10 anos
Custo - AN-100 RedLine
70.000,00 €
60.000,00 €
Euros
50.000,00 €
40.000,00 €
AN-100
30.000,00 €
20.000,00 €
10.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 6
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
4.7 Comparação entre as várias soluções:
4.7.1 Capacidade
Em relação à capacidade de transmissão:
Proposta PT
- cenário 1 (U.A. 1024Kbps ; CET´s 512Kbps)
- cenário 2 (U.A. 2Mbps ; CET´s 512Kbps)
Proposta ONI
- U.A. 2Mbps ; CET´s 1Mbps
Proposta Cabovisão
- CET´s 2Mbps/ 512Kbps
Proposta Wavecom
teóricos)
- taxa transmissão superior a 20Mbps (valores
Proposta Clix
- CET´s 8Mbps/ 400Kbps
Proposta WiMAX - taxa transmissão superior a 14Mbps (valores reais
obtidos em teste realizado)
A solução mais “rápida” é a proposta pela Wavecom, seguida de
muito perto pela solução WiMAX, mas é de relevar que os valores da
solução WiMAX são valores práticos enquanto que os da Wavecom são
valores teóricos.
4.7.2 Custos
Em relação aos custos das várias soluções, pela análise do gráfico
7 é possível verificar que a solução mais barata seria a oferecida pela
Clix, que no entanto não inclui a U.A., seguida de perto pela solução
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
WiMAX. A solução WiMAX ao permitir incluir uma E1 evita os custos de
comunicação entre os CET´s e entre estes e a U.A.
Nota: Na solução WiMAX por só ser possível ter o preço real do pacote
formado por 1 Base Station e 2 Subscrivers Stations e não de cada
componente em separado, assim como por não ter sido possível testar
a ligação a Ovar, optei por considerar apenas as ligações entre Aveiro
e O.Az. e entre O.Az. e S.J. da Madeira.
Comparação das diversas soluções
600.000,00 €
Wavecom - simples
Wavecom - premium
PT - cenário 1
PT - cenário 2
Cabovisão sem UA
ONI
Clix - 8Mbps
AN -100 RedLine (WiMAX)
500.000,00 €
Euros
400.000,00 €
300.000,00 €
200.000,00 €
100.000,00 €
-
€
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Gráfico 7
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
5 Testes efectuados:
5.1 Descrição
Figura 27 – Mapa real ilustrativo das ligações testadas
Na realização do projecto, pelos motivos já anteriormente
evocados, foi possível testar no terreno a solução WiMAX (802.16).
Testes esses efectuados com o material AN–100 da RedLine a
funcionar na banda dos 3,44 GHz (datasheet em anexo).
Estes testes tiveram a duração de dois dias (estão agendados
testes por um período mais alargado) e neles foram implementadas e
testadas duas ligações.
No primeiro dia foi testada a ligação entre o edifício da Antiga
Reitoria da Universidade de Aveiro e o edifício Raínha em Oliveira de
Azeméis, e no segundo dia foi testada a ligação entre o edifício Raínha
em Oliveira de Azeméis e o edifício do Centro Tecnológico do Calçado
em São João da Madeira. Em ambas as situações a Base Station foi
colocada em Oliveira de Azeméis.
Esta configuração será à partida a mais indicada pois do edifício
Raínha tem-se linha de vista para a Antiga Reitoria em Aveiro e para o
C.T. do Calçado em S.J. da Madeira, o que não acontece entre a Antiga
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Reitoria e o C.T. do Calçado. Assim através dum sector controller seria
possível transmitir nas duas direcções, Aveiro e São João da Madeira.
Como estes testes tiveram a duração de apenas algumas horas,
os resultados obtidos apenas servem para concluir que as ligações são
possíveis e que as taxas de transmissão obtidas são bastante
significativas, acima mesmo do que se estaria à espera de alcançar,
dadas as distâncias envolvidas. Contudo como foram testes muito
rápidos não se podem tirar conclusões concretas quanto ao
funcionamento das ligações em situações de tráfego real, sendo para
isso necessário efectuar testes por um período mais alargado (já se
encontram agendados).
A figura 28 ilustra o esquema das ligações testadas, de notar
que as ligações foram testadas separadamente.
Figura 28
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
5.2 Resultados obtidos:
Edif. Raínha (O.Az.) -> Ant.Reitoria U.A.
Distancia do Link
Banda de frequências
Largura do canal
Taxa UpLink
Taxa DownLink
27 Km
3,44 GHz
7 MHz
14 Mbit/s
9 Mbit/s
Tabela 22
Edif. Raínha (O.Az.) -> C.T.Calçado
(S.J.Madeira)
Distancia do Link
Banda de frequências
Largura do canal
Taxa UpLink
Taxa DownLink
5,3 Km
3,44 GHz
7 MHz
19 Mbit/s
9 Mbit/s
Tabela 23
5.3 Material Utilizado
5.3.1 Antenas
Figura 29
Figura 30
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Figura 31
Figura 32
Como se pode ver pelas imagens, as antenas são de pequena
dimensão.
5.3.2 Software
Portátil com o software para visualização das condições da ligação:
Figura 33
Figura 34
O software utilizado para visualizar as características das
ligações é um software próprio da Redline, que nos indica a potência a
que estamos a transmitir e a receber, a relação SNR, a largura do
canal, a frequência a que estamos a operar, etc…
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
5.3.3 “Router”:
Figura 35
5.4 Imagens dos testes
Antena colocada no topo do edifício da Antiga Reitoria da U.A:
Figura 36
Figura 37
______________________________________________________________________________________
Página 65 de 75
______________________________________________________________________________________
Figura 38
Figura 39
Antena colocada no topo do edifício Raínha em Oliveira de Azeméis:
Figura 40
Figura 41
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
Figura 42
Figura 43
Antena colocada no topo do edifício do C.T. do Calçado em São João
da Madeira:
Figura 44
Figura 45
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
6 Discussão / Conclusões
Ao longo deste projecto foram confrontadas diversas tecnologias
e soluções que permitissem a implementação da rede entre os Pólos
do PAN e a Universidade de Aveiro. Desde soluções mais simples,
oferecidas por ISP´s nacionais, como a Cabovisão, a ONI, a PT e a
Clix, até outras mais sofisticadas como links rádio, oferecida pela
Wavecom, a já nossa conhecida Wi-Fi e a tecnologia WiMAX.
A tecnologia Wi-Fi por não se adequar às distâncias em questão,
e por estar em termos de espectro de frequências muito
sobrecarregada (elevada probabilidade de interferências) foi
automaticamente excluída, pelo menos no que diz respeito às ligações
a grandes distâncias.
As soluções oferecidas pelos ISP´s nacionais, nomeadamente as
oferecidas pela Cabovisão, ONI e PT, por motivos de viabilidade
económica e de ordem tecnológica (capacidade reduzida quando
comparada com as outras), foram também eliminadas. A solução Clix
sendo uma boa opção em termos económicos, e em termos
tecnológicos ser bastante aceitável, peca por não se encontrar
disponível nas localidades onde estão inseridos os Pólos do PAN.
A proposta feita pela Wavecom, em termos tecnológicos é muito
boa, mas é de todo inviável do ponto de vista económico.
A solução baseada na tecnologia WiMAX, embora esta tecnologia ainda
esteja em fase de maturação, preenche todos os requisitos apontados
inicialmente, e mais do que isso, foi já testada no terreno com
resultados muito encorajadores, alem de que dotaria os Pólos do PAN
e a Universidade de Aveiro de uma rede própria.
Em termos tecnológicos os resultados obtidos foram muito bons.
Em termos económicos, como pode ser verificado no estudo feito, é já
bastante aliciante e sendo uma tecnologia em maturação, a tendência
é o preço do material, à medida que a oferta for aumentando, baixar.
Alem disso, espera-se que com o crescimento da utilização do WiMAX
a ANACOM abra uma gama de frequências própria, numa banda não
licenciada ou com preço de licença mais baixo que o actual.
Assim, e tendo em conta os resultados obtidos, deve-se apontar
a tecnologia WiMAX como a melhor opção para as ligações entre a
Antiga Reitoria (Aveiro) e o edifício Raínha (Oliveira de Azeméis), e
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______________________________________________________________________________________
para a ligação entre o edifício Raínha (Oliveira Azeméis) e o edifício do
Centro Tecnológico do Calçado (São João da Madeira).
Em relação a Ovar, o problema da não existência de linha de
vista para o CET, poderia ser ultrapassado com a inclusão de um
repetidor a meio do caminho entre Oliveira de Azeméis e Ovar,
possivelmente no depósito de água de Cucujães, “repetindo” o sinal
até à escola EB 2 3 e por fim, utilizando Wi-Fi, fazer a ligação desta ao
CET.
Em conclusão, poderá ser dito que os objectivos propostos no
decorrer do projecto foram todos praticamente alcançados, faltando
analisar melhor, a melhor solução para a ligação a Ovar.
______________________________________________________________________________________
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7 Acrónimos
ADSL
ATM
CDMA
CPE
DFS
ER
ERB
FDD
FR
FWA
HDSL
HIPERLAN/2
IEEE
IP·
IVA·
LMDS
MAN
OFMD
PAN·
QAM·
QPSK
TCP
TDD
VoIP
VPN
WAN
WDM
Wi-Fi
WiMAX
Asymmetric Digital Subscriber Line
Asynchronous Transfer Mode
Code Division Multiple Access
Customer Premisses Equipment
Dynamic Frequency Selection
Estação Remota
Estação Rádio Base
Frequency Division Duplex
Frame Relay
Fixed Wireless Access
High Bit Rate Subscriber Line
High Performance Radio Local Area Network tipo2
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Internet Protocol
Imposto sobre Valor Acrescentado
Local Multipoint Distribution Service
Metropolitan Area Network
Orthogonal Frequency Digital Multiplexing
Programa Aveiro Norte
Quadrature Amplitude Modulation
Quadriphase-Shift Keying
Transmission Control Protocol
Time Division Duplex
Voice over IP
Virtual Private Network
Wide Area Network
Wavelength Division Multiplexing
Wireless Fidelity
Worldwide Interoperability of Microwave Access
______________________________________________________________________________________
Página 70 de 75
______________________________________________________________________________________
8 Referências e Bibliografia
[1]
Theodore S. Rappaport "Wireless Communications: Principles &
Practice", Prentice Hall, 2002
[2]
www.wimaxforum.org
[3]
www.intel.com
[4]
www.wi-fi.org
[5]
www.icp.pt
[6]
www.redlinecommunications.com
[7]
www.wavecom.pt
[8]
www.clix.pt
[9]
www.it-geo.pt
[10] www.wimax.com
[11] www.teleco.com.br
[12] www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/
______________________________________________________________________________________
Página 71 de 75
______________________________________________________________________________________
[13] Alexandre
Paulo,
José
Carlos
Couto
“Auditoria
ao
aprovisionamento das telecomunicações da ESAN”, 16-06-2005
[14] Nuno Marques “Projecto de feixes de Microondas para o
Backbone do programa Aveiro Norte”, 2004
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
9 Anexos
Material da Redline:
The AN-100 - Delivering MAX Performance
Redline’s award-winning AN-100, the world’s first 802.16 compliant
product, provides a scalable carrier-class broadband wireless solution
for backhaul and access applications. Built-in optical and non LOS
technology overcomes typical urban obstacles such as trees and
buildings. Use this low latency system to provide reliable delivery of
delay sensitive services - circuit switched voice traffic, voice-over-IP
(VoIP), optimized transport for video, and prioritized data traffic - all
converged over a single subscriber link.
AN-100 features include:
•
Over-the-air data rates to 70 Mbps: QPSK to 64 QAM
•
Encryption for subscriber privacy
•
Up to eight E1/T1 full and fractional (nx64) TDM ports
•
Use VLAN to segregate/prioritize management and data traffic
•
Dynamic QoS policies support SLAs for up to 250 subscribers per
sector
•
2004 SUPERQuest
Equipment
award
for
“Backbone/Edge
Networking
______________________________________________________________________________________
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______________________________________________________________________________________
RedMAX™ Subscriber Units
Designed to be interoperable with a host of emerging, WiMAX-certified
base stations, including the RedMAX Base Station (AN-100U), the
outdoor RedMAX Subscriber Unit (SU-O) contains Intel’s PRO/Wireless
5116 system-on-a-chip, which sets the stage for a new and exciting
phase of standardized broadband wireless solutions.
The RedMAX SU-O is an outdoor broadband wireless subscriber access
product designed to WiMAX Forum Certified specifications. Compliance
to the IEEE 802.16-2004 standard ensures its interoperability with an
emerging industry-wide base of compatible Point to Multipoint (PMP)
Equipment.
Features-at-a-glance:
•
Easy and economical outdoor unit featuring flat panel antennae
(external antenna optional)
•
Intel® PRO/Wireless 5116 ‘system on a chip’
•
Audible installation tool for quick, simple alignment
•
Indoor Power-over-Ethernet (PoE) adapter powers both unit and
user’s Ethernet access port
•
3rd generation OFDM, NLOS technology operates in 3.4-3.6 GHz
band
•
Dynamic Quality of Service (QoS) settings
•
Can
come
with
up
to
four
interfaces
[Ethernet, Ethernet + TDM (E1/T1), Ethernet + POTS, Ethernet
+ VoIP]
•
WiMAX Forum Certified™ Design
______________________________________________________________________________________
Página 74 de 75
______________________________________________________________________________________
Material Wavecom:
Tsunami MP.11 da PROXIM
O Tsunami MP.11 é uma gama de equipamentos robustos e de baixo
custo que permitem providenciar soluções wireless, sem necessidade
de licenciamento, para outdoor, permitindo ligações ponto a ponto
e/ou ligações ponto-multiponto. A gama de equipamentos MP.11 está
dividida em três tipos de equipamentos distintos:
• BSU ‘Base Station Unit’ – Estação Base que pode comunicar com
cada uma das estações subscritoras, ou com outras BSU, permitindo
assim uma fácil extensão da rede.
• SU ‘Subscriber Unit’ – Estação subscritora, que é colocada em cada
um dos pontos de acesso à rede.
• RSU ‘ Residencial Subscriber Unit’ – Estação subscritora residencial,
que é uma versão limitada, de mais baixo custo, da SU.
Estes equipamentos possuem um protocolo wireless proprietário,
conferindo-lhe uma maior segurança e fiabilidade, essencial para
aplicações outdoor. Existem duas versões diferentes deste
equipamentos:
• MP.11 – a operar na gama de 2400 a 2483,5MHz, e com uma taxa
de transmissão máxima de 11Mbps. Utiliza tecnologia optimizada a
partir da IEEE802.11b, garantindo maiores throughputs efectivos. Não
é compatível IEEE802.11b, logo é segura ao nível de hacking, por
parte de intrusos que utilizem clientes IEEE802.11b.
• MP.11a - a operar na faixa de frequências de 5470MHz a 5725MHz,
e com uma taxa de transmissão máxima de 54Mbps. Este sistema
opera numa banda de frequências livre, mas dedicada a aplicações
outdoor
HIPERLAN2, diminuindo
assim a
probabilidade
de
interferências, além de possuir uma largura de banda disponível muito
vasta (255MHz, 11 canais sem sobreposição), o que possibilita a
coexistências de diversos links, a operar dentro da mesma banda e na
mesma área. A Proxim é pioneira em equipamentos a operar nesta
banda, que está reservada a nível Europeu para equipamento segundo
a norma também Europeia HIPERLAN2 (High PERformance Local Area
Networks).
______________________________________________________________________________________
Página 75 de 75

Planeamento de uma Rede Wireless para Interligação das

Transcrição

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