WRAN

WIRELESS REGIONAL AREA NETWORKS

PRESENTADO POR:

JESUS EDUARDO FLORES DANIEL GERMAN RIVERA

JESSNER ALEXANDER MEJIA PABLO ALEJANDRO UZURIAGA

LEINER JOHAN MOSQUERA

PRESENTADO A:

ING. EDGAR GUSTIN

UNIVERSIDAD EL CAUCA

INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

POPAYN

2014

1. INTRODUCCION ........................................................................................................................... 3

2. ACRONIMOS ................................................................................................................................ 4

3. GENERALIDADES .......................................................................................................................... 5

4. RADIO COGNITIVA ....................................................................................................................... 9

4.1. Caractersticas de Radio Cognitiva ........................................................................................ 11

4.2. Funciones Principales de Radio Cognitivo ............................................................................. 11

5. TOPOLOGA ............................................................................................................................... 13

6. MODELO EN CAPAS ................................................................................................................... 13

6.1. CAPA FSICA: .......................................................................................................................... 16

6.2. CAPA MAC ............................................................................................................................. 18

7. DETECCIN DEL ESPECTRO POR LA RED IEEE 802.22 ................................................................ 24

8. MEDICIONES DEL ESPECTRO ..................................................................................................... 25

9. SEGURIDAD EN WRAN ............................................................................................................... 27

10. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 29

11. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 30

1. INTRODUCCION

La red inalmbrica (IEEE 802.22) regional de rea (WRAN) es la primera aplicacin

comercial a nivel mundial de redes de radio cognitiva (CR) se transmite en las bandas de

radiodifusin de televisin. En este trabajo se presenta como primera medida una breve

descripcin de la norma IEEE 802.22 WRAN. Se tratara a cerca de las caractersticas

principales de la tecnologa 802.22 explicando de donde surgi y sus principios bsicos

para su correcto funcionamiento.

Las redes WRAN se centran en la aplicacin de las tecnologas de radio cognitivas, lo que

lleva a una posterior explicacin de su concepto algo manejable, no muy profunda. Se

tendr en cuenta las caractersticas y las principales funciones que estas realizan,

identificando tambin su importancia en las redes 802.22. Una vez dado estos conceptos

ya se pueden tratar ms all llegando a la topologa de red, la capacidad del sistema,

requisitos de instalacin y una arquitectura de las redes en cuestin.

Como se conoce, los estndares 802 de la IEEE describen las 2 primeras capas de las pilas

de protocolos a utilizar tomando como referencia el modelo OSI. Se describir los dos

primeros niveles de esta tecnologa los cuales corresponden al nivel MAC y el nivel fsico el

cual se divide en dos subniveles para prestar el correcto funcionamiento.

Como estas redes se basan en la deteccin del espectro detectando cuales canales estn

desocupados para poder usarlos aprovechando de una manera ptima el espectro

radioelctrico, finalmente se hablar de cules son las tcnicas utilizadas para poder

realizar estas detecciones al igual que los esquemas de seguridad que se pueden seguir

para que la informacin no llegue a sitios indeseados o pueda ser captada por personas

ajenas a ella.

2. ACRONIMOS

VHF: Very High Frequency, es la banda del espectro electromagntico que ocupa el rango

de frecuencias de 30 MHz a 300 MHz.

UHF: Ultra High Frequency, es una banda del espectro electromagntico que ocupa el

rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz

QoS: Calidad de Servicio (Quality of Service, en ingls) son las tecnologas que permiten

aplicar un tratamiento especfico a un determinado tipo de trfico. Ejemplos de

mecanismos de QoS son la priorizacin de trfico y la garanta de un ancho de banda

mnimo.

RF: Radiofrecuencia, tambin denominado espectro de radiofrecuencia, se aplica a la

porcin menos energtica del espectro electromagntico, situada entre unos 3 kHz y unos

300 GHz

BER: Bit Error Ratio traducido como Tasa de error de bit, el nmero de bits o bloques

incorrectamente recibidos, con respecto al total de bits o bloques enviados durante un

intervalo especificado de tiempo.

CR: Radio cognitivo, el cual es un mtodo de comunicacin inalmbrica, en la que un

transceptor inteligente es capaz de reconocer canales libres y hacer uso de esos,

aprovechando eficientemente el espectro de radiofrecuencias.

CPE: Customer Premises Equipment o Equipo Local del Cliente, es un equipo de

telecomunicaciones usado tanto en interiores como en exteriores para originar,

encaminar o terminar una comunicacin.

MAC: Media Access Control o Control de Acceso al Medio, en informtica y

telecomunicaciones, es el conjunto de mecanismos y protocolos por los que varios

transceptores se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisin

BS: Base Station o Estacin Base. En comunicaciones por radio, una estacin base es una

instalacin fija o moderada de radio para la comunicacin media, baja o alta bidireccional.

Se usa para comunicar con una o ms radios mviles o telfonos celulares.

DES: Data Encryption Standard (DES) es un algoritmo de cifrado, es decir, un mtodo para

cifrar informacin.

3DES: Triple DES se llama al algoritmo que hace triple cifrado del DES.

3. GENERALIDADES

En los ltimos tiempos se han venido desarrollando mltiples tecnologas con el fin de

poder llevar conexin a internet a zonas de difcil acceso y/o cobertura utilizando medios

convencionales, uno de los factores que impiden que las zonas ms alejadas de las

ciudades principales puedan tener una buena conexin a internet son los costos a suplir

en el momento de implementar la infraestructura necesaria. Es de gran importancia llegar

a estas zonas con todos los servicios posibles a encontrar en la internet, permitiendo as

que la vida de los habitantes se torne un poco ms fcil al poder acceder a informacin

necesaria y actualizada sin necesidad de viajar o esperar tiempos muy largos a que les

llegara dicha informacin por esos medios.

Con la evolucin de la tecnologa se ha podido llevar conectividad a algunas zonas rurales

aunque los servicios ofrecidos por estas suelen ser de muy baja calidad o de costos muy

elevados. Adems los equipos que se suelen utilizar no pueden ser manipulados por

cualquier persona por lo tanto para realizar una tarea de mantenimiento o reparar alguna

falla hay que desplazar al personal adecuado hasta dicha zona, lo cual acarrea diversos

costos, esto se debe a que las personas que habitan dichas zonas no cuentan con la

capacitacin suficiente para poder manipular los equipos. Otro problema que sobre sale

es la baja capacidad econmica de algunas personas para poder adquirir los servicios que

logran llevar hasta la zona, estos costos no hacen posible que toda la poblacin pueda

usar los servicios prestados y por lo tanto los operadores dejan de prestar el servicio por

falta de suscriptores.

Con lo mencionado anteriormente se debe buscar una tecnologa que al ser aplicada en

entornos rurales cumpla con las siguientes caractersticas

- Tiene que ser robusta y sencilla de usar ya que los usuarios van a ciudadano

promedio o del campo es decir no cuentan con el conocimiento suficiente y no van

a contar con el apoyo continuo de asesores preparados.

- Los equipos deben requerir poco o ningn mantenimiento de tcnicos

especializados

- Los costes deben ser bajos

La Red de rea Regional definido por el estndar IEEE 802.22 Wireless (WRAN) est

constituido tambin como grupo de Trabajo e investigacin donde se desarrolla

tecnologa punto a multipunto y se define como un estndar de red de acceso inalmbrico

fijo destinado para funcionar en todo el mundo utilizando una banda del espectro no

aprovechada sobre las bandas de radiodifusin de TV terrestre. Hasta la fecha, slo la

Comisin Federal de Comunicaciones de EE.UU. (FCC) ha creado una iniciativa para

permitir que esto ocurra, la llamada Band TV NPRM 1. Vale la pena resaltar que otras

agencias reguladoras en todo el mundo han expresado su inters en iniciativas similares.

En este documento se busca una recopilacin de la actividad actual de la investigacin

realizada hasta el momento y de los logros alcanzados hasta el momento, basados sobre

todo en el material encontrado, aunque los artculos no son pblicos en su totalidad

situacin generada gracias a que es un grupo de investigacin cerrado.

En mayo de 2004, se form el grupo de trabajo IEEE 802.22 sobre Redes Inalmbricas de

rea Regionales. Su proyecto fue llamado formalmente como estndar para redes

inalmbricas de rea regional (WRAN). Cognitive Wireless RAN. como es sabido los

estndares IEEE especifican los primeros dos niveles de protocolos tomando como

referencia el modelo OSI, en este caso con el estndar 802.22 se especifica el nivel de

control de acceso al medio (MAC) y la capa fsica (PHY especificaciones), los cuales

corresponden a los 2 primeros niveles OSI.

En esta recomendacin se especifica polticas y procedimientos para la operacin en las

bandas de televisin que se adoptaron como parte del espectro asignable nicamente

para este tipo de tecnologa. WRAN utilizar bandas de televisin UHF / VHF entre 54 y

862 MHz. Se han previsto canales de televisin especficos, as como las bandas de guarda

de estos canales a ser utilizadas para la comunicacin en el estndar IEEE 802.22 dando as

una distribucin del espectro ptima evitando interferencia co-canal e interferencia de

canal adyacente.

El Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos (IEEE), junto con la Comisin Federal de

Comunicaciones, persiguen un enfoque centralizado de espectro disponible, cada estacin

base (BS) se arma con un GPS receptor que determina su posicin. Esta informacin se

enviar a los servidores correspondientes, que de acuerdo a una comparacin darn la

informacin de vuelta sobre los canales disponibles de televisin en abierto y las bandas

de guarda en el rea de la BS.

En otra de las propuestas permitiran localizar el espectro de deteccin nica, donde la BS

decidira por s mismo qu canales estn disponibles para la comunicacin. Una

combinacin de estos dos enfoques tambin se prev.

Los dispositivos operan en la banda de los espacios en blanco de televisin (TVWS)

bsicamente se manejaran de dos tipos: fijos y personal/porttil. Dispositivos fijos

tendran geo-localizacin capacidad de un dispositivo GPS incorporado tambin se

comunican con la base de datos central para identificar otros transmisores en la zona de

funcionamiento en TVWS. Otras medidas sugeridas por la FCC y el IEEE para evitar la

interferencia incluyen la deteccin del espectro dinmico y de control de potencia

dinmica es decir reajuste de frecuencia y control de potencia constante teniendo en

cuenta la zona de servicio y condiciones de no interferencia, es decir se deja libre diseo

pero evitando la perdida de QoS.

Figura1. Cobertura de la red IEEE 802.22

En la figura 1 anteriormente ilustrada se puede apreciar un esquema de red WRAN

diseada teniendo en cuenta los parmetros anlisis y sugerencias del grupo 802.22 para

el ajuste de espectro ubicando las bandas disponibles del espectro asignable para tv

considerando la zona de servicio permitida las condiciones de no interferencia es decir

teniendo en cuenta un manejo continuo del nivel de potencia isotrpicamente radiada

(PIRE) y el manejo ajustable de frecuencias.

Se pueden observar tambin la distribucin de los equipos utilizados para la

implementacin de la misma obteniendo enlaces de RF que permiten la consideracin de

enlaces ptimos entre las BS y las CPE, tambin es natural el diseo considerando una

topologa en especfica, necesitando as una estacin central con sus respectivas

repetidoras para ampliar la zona de servicio pero con una planificacin correcta sobre la

distribucin de frecuencias considerando el principio de reutilizacin del espectro ya que

es un bien escaso.

La novedad en este sistema est en el uso del "ruido blanco", un espacio en el espectro

electromagntico que usa la TV analgica, pero que ser liberado cuando se empiecen a

usar seales digitales, este proceso se est llevando a cabo en Colombia actualmente es

por esto de la TV digital que se oferta un nuevo canal pero se necesita una BS distinta y

una CPE en nuestras casas diferentes para captar el nuevo tipo de seal radiada. Un canal

de TV anlogo normalmente no se encuentra al lado de otro porque producira

interferencia entre una seal as que hay un espacio intermedio que est desocupado y

que es el denominado "ruido blanco". Ese espacio intil prcticamente se elimina con la

utilizacin de televisin digital, que no produce esas confusiones de seales es decir se

reduce el tamao de las bandas de guarda y se aumenta la eficiencia del plan de

frecuencias para TV. As, ese espectro se puede utilizar para un nuevo servicio.

En el caso de Estados Unidos, ahora podr ser usado por estas redes WRAN que es lo que

se busca tambin en Colombia pero es un proceso a largo plazo. Se trata del espectro que

va entre los 54MHz a los 698MHz. El sistema podra ser muy til en lugares donde no hay

mucho acceso a internet, como pases en desarrollo o zonas ms aisladas, que con un slo

equipo podran tener una zona de cobertura de radio hasta 100 kilmetros. El problema

es que no todos los pases han pasado a TV digital, y menos todava han regulado qu

hacer con el espectro entre los 54MHz a los 698MHz, as que por el momento slo est en

el terreno de la planeacin debido a los inconvenientes que siempre representa una

migracin de tecnologa.

4. RADIO COGNITIVA

El crecimiento de la tecnologa radio en los ltimos aos ha sido muy grande y presenta

retos importantes para el uso adecuado del espectro que se requiere en las redes WRAN

donde se est optando por implementar la tecnologa de Radio Cognitiva que aumenta la

eficiencia en el uso del espectro.

La constante evolucin de las comunicaciones mviles genera problemas inminentes

debido a la diversidad de necesidades que se deben suplir, es por esto que se surge un

gran nmero de estndares (GSM, PDC, WCDMA, TDSCDMA, GSM-GPRS, CDMA200) y

tcnicas de acceso al medio (FDMA, TDMA, CDMA, WCDMA), que facilitan el uso eficiente

del espectro, y estos mismos necesitan ser soportados por distintas industrias de

terminales y de estaciones base para la prestacin de servicios de ptima calidad.

Paralelamente, se ha generado una gran demanda en la conectividad inalmbrica de

Internet debido a la aparicin de conceptos como el internet de las cosas, que genera

enlaces con mltiples servicios, por ejemplo la integracin para ofrecer una perfecta

cobertura global y un control sobre la calidad de servicio (QoS).

Es bien conocido que el uso actual del espectro radio no es el ms eficiente, por lo que se

han planteado tecnologas que permitan usar de manera ms eficiente este espectro. Los

desarrollos en tecnologas de Radio Software en los aos noventa y en la primera dcada

del 2000, han permitido que la tecnologa de Radio Cognitivo empiece a tomar fuerza en

diversos mbitos de los sistemas de radio.

Figura 2: nuevo uso del espectro

La Radio Cognitiva es una forma de la comunicacin inalmbrica en la que un transceptor

inteligente detecta y diferencia los canales de comunicacin disponibles y ocupados, es

decir, define un radio que puede cambiar sus parmetros de operacin dependiendo de

una o varias variables que se midan en su entorno y al instante pasar a los canales no

empleados, evitando al mismo tiempo los ocupados. Esta deteccin optimiza el uso del

espectro de radio frecuencia (RF) y la posibilidad de reducir al mnimo la interferencia a

otros usuarios, principalmente la interferencia co-canal; dicha interferencia ocurre cuando

la misma frecuencia de portadora de dos transmisores separados fsicamente (por

ejemplo dos estaciones de base), llegan a un mismo receptor al mismo tiempo. Este

problema no solo ocasiona una limitacin en la capacidad del sistema (en nmero de

usuarios por unidad de superficie), sino tambin ocasiona una degradacin en el BER

hasta llegar a niveles desfavorables.

Figura 3: tecnologa radio cognitiva

4.1. Caractersticas de Radio Cognitiva

Las caractersticas bsicas que debera poseer un sistema de Radio cognitivo son:

Percibir el entorno en el que opera, mediante tcnicas de spectrum

sensing.

Poseer conciencia de dicho entorno, as como de sus propias capacidades y

recursos.

Variar y adaptar, de forma inteligente, sus parmetros de

transmisin/recepcin.

Poder actuar tanto de transmisor como de receptor, de forma autnoma.

Un dispositivo de radio cognitiva debera poder reconfigurar los siguientes parmetros:

Sistemas de comunicacin: Debe operar a travs de distintos sistemas de

comunicacin.

Modulacin: el dispositivo deber poder seleccionar el tipo de modulacin

adecuado en funcin de las caractersticas de canal y los requerimientos del

usuario.

Frecuencia Portadora: Con Base en la informacin sobre el espectro

radioelctrico disponible y del tipo de transmisin a realizar, debera ser

capaz de seleccionar la frecuencia portadora ms adecuada.

Potencia transmitida: Si las caractersticas del medio permiten reduccin en

la potencia transmitida, el dispositivo de radio cognitiva debera reducirla

hasta un cierto nivel pero deber continuar manteniendo la calidad de la

transmisin pero, a la vez se podr aumentar el nmero de usuarios que

comparten esa porcin de espectro, reduciendo la interferencia entre ellos.

Protocolos de comunicacin.

4.2. Funciones Principales de Radio Cognitivo

Deteccin de espectro: Un requisito muy importante para el correcto

funcionamiento de las radios cognitivas es que han de ser capaces de detectar

el espectro desaprovechado y utilizarlo sin provocar interferencias negativas en

otros usuarios. La mejor manera para encontrar 'agujeros' en el espectro es

detectando a los usuarios principales (legtimos). Las tcnicas para detectar el

espectro se pueden dividir en tres categoras:

Deteccin de transmisiones: Las radios cognitivas deben tener la

capacidad de determinar si hay una seal de algn usuario utilizando

una parte concreta del espectro.

Deteccin cooperativa: Diferentes usuarios de radio cognitiva

intercambian peridicamente informacin sobre la deteccin de

usuarios principales.

Deteccin basada en interferencias.

Administracin del espectro: Utilizar el ancho de banda que encaje mejor con el

QoS que necesite el usuario entre todos los anchos de banda disponibles. La

administracin de espectro consta de dos pasos diferenciados: El "Anlisis de

espectro" y la "decisin de espectro".

Anlisis de espectro: Identificar las caractersticas de cada banda

disponible para saber las ventajas o inconvenientes de utilizarlo

(retardo, probabilidad de error...)

Decisin de espectro: Comparar las caractersticas de cada una de las

bandas con las requeridas por el usuario y valorar cual es la mejor

opcin.

Movilidad espectral: El proceso con el que una radio cognitiva cambia su

frecuencia de transmisin o recepcin. Las radios cognitivas estn ideadas para

cambiar de banda constantemente, a otras mejores, de una forma que debe ser

imperceptible para el usuario.

Compartir el espectro: Encontrar un mtodo esquemtico de distribucin del

espectro que sea equitativo y justo para todos los usuarios de radio cognitiva

sin interferir en las transmisiones de los usuarios legtimos. ste es uno de los

mayores retos a la hora de disear las radios cognitivas. Es parecido a los

problemas genricos de acceso al medio en los sistemas de hoy en da.

5. TOPOLOGA

La topologa de toda la red es punto-multipunto, es decir se va a tener una estacin base

que va a poseer un nmero determinados de usuarios o estaciones cliente, al igual que los

equipos necesarios para su funcionamiento. La informacin se va a enviar por difusin y

cada uno de los terminales finales se encargar del respectivo procesamiento de la

informacin.

La estacin base se conectar con la red principal y de esta es de donde se va a sacar la

informacin solicitada por los clientes de la estacin, adems la estacin base transmite

los datos en el enlace descendente a los distintos usuarios y a los receptores de los CPE en

el enlace ascendente. Tambin controla el acceso al medio e igualmente gestiona los

aspectos de radio cognitiva del sistema explicada anteriormente, Utiliza los CPE para

realizar una medicin distribuida de los niveles de seal de televisin posibles en las

seales de los diferentes canales en sus ubicaciones individuales para asegurar el correcto

uso del espectro sin causar algn tipo de interferencia con los canales de televisin que si

estn en uso, cabe resaltar que estas mediciones se recogen y se cotejan y la estacin

base debe decidir si sern tomadas.

El rea de cobertura

El rea de cobertura es mucho mayor comparada con el resto de estndares de la familia

IEEE 802, en especial con la IEEE 802.11, el rango especificado para la ubicacin de un CPE

es de 33 km, y en ciertos casos, esta distancia puede variar hasta 100 km trabajando con

un nivel de potencia alrededor de los 4 watts PIRE. En la siguiente figura se puede ver

algunas tecnologas con su respectiva rea de cobertura y las velocidades que puede

alcanzar. Como se podr ver las redes WRAN estn en la parte ms alta respecto a las

dems tecnologas debido a que su rea de cobertura es ms extensa.

Figura4. Comparacin con otras redes

Capacidad del sistema

El sistema est definido para que todos los usuarios puedan obtener un rendimiento

similar a los servicios DSL disponibles, es decir, un equivalente a un enlace descendente

(Downlink) con velocidad de descarga de aproximadamente 1.5 Mbps en el contorno de la

celda y con una velocidad del enlace de subida (Uplink) de alrededor de los 384 Kbps, con

esto es posible soportar al menos 12 usuarios simultneamente con una calidad de

servicio considerablemente aceptable y un tiempo de disponibilidad del 99.9%.

Figura5. Cobertura y topologa de la red IEEE 802.22

Requerimientos de instalacin

Las estaciones base deben ser diseadas para ser profesionalmente instaladas. Los CPEs

pueden ser instalados por los usuarios (plug and play) pero los operadores pueden elegir

para proveer una instalacin profesional.

La antena del CPE debe ser instalada fuera de la casa al aire libre a una altura nominal de

10 m sobre el nivel de la tierra. Una antena de caracterstica omnidireccional y perceptiva

(sense), con la antena perceptiva co-localizada con antena transmisora debe ser asumida.

La deteccin de umbrales en estas suposiciones.

Arquitectura Principal P-PM

En el enlace descendente, todo el trfico dirigido a los CPEs debe ser transmitido por la

estacin base o por una repetidora si esta implementada.

En el enlace de ascendente, los protocolos deben proveer los significados para

eficientemente multiplexar el trfico desde mltiples CPEs y asignar capacidad de

transmisin del canal.

Capacidad de Servicios.

El sistema 802.22 puede directamente transportar eficientemente longitudes variables de

datagramas Ip, adems podra perfectamente proveer soporte para capacidades de

servicio en tiempo real y en tiempo no real, e igualmente servicios de VoIP.

6. MODELO EN CAPAS

6.1. CAPA FSICA:

La capa fsica mantiene un alto grado de flexibilidad para poder cumplir con todos los

requisitos que se necesiten en cualquier parte del mundo en donde se desea la

implementacin del estndar IEEE 802.22

La capa fsica es la interfaz entre la capa MAC y el medio inalmbrico y provee tres niveles

de funcionalidad

- intercambiar las tramas entre el nivel fsico y el nivel MAC

- utilizar la seal portadora y modulacin de espectro ensanchado para poder realizar la

transmisin de las tramas a travs del medio

- proveer al nivel MAC de un indicador de deteccin de portadora para poder as darse

cuenta si el medio est ocupado o desocupado, mirar la actividad del medio.

El nivel fsico est dividido en dos partes, la primera es la subcapa PLCP(Physical Layer

Convergence Procedure), esta es la capa ms cercana al nivel MAC y tiene las funciones

especficas para poder interactuar con l, adems se encarga de dirigir a la subcapa PMD.

La segunda subcapa es la PMD (Physical Mdium Dependent Layer), esta subcapa es la

encargada de la interaccin con el medio inalmbrico, este subnivel es el encargado de la

transmisin de la seal, entre sus funciones se encuentra la amplificacin de las seales al

igual que la modulacin.

El esquema de modulacin utilizada es OFDM (Acceso Mltiple por Divisin de

Frecuencias Ortogonales), este tipo de modulacin permite enviar un conjunto de ondas

portadoras que tengan diferente frecuencia transportando cada una informacin que se

somete a un proceso de modulacin como QAM.

WRAM ha adoptado este tipo de modulacin ya que se busca evitar los distintos

fenmenos producidos por la propagacin multitrayecto y el desvanecimiento selectivo

que pueden tornarse crticos si no se realiza un buen control de estos. Con esta

modulacin adems de ayudar a combatir los dos fenmenos anteriormente mencionados

permite que se tenga una alta eficiencia del espectro al igual que un buen rendimiento de

los datos. Como distintos usuarios pueden estar accediendo a la red se utilizan el esquema

de modulacin OFDM tanto para el enlace de subida como para el enlace de bajada.

La norma IEEE 802.22 permite utilizar varios esquema de modulacin dentro de la seal

OFDM, entre estos se tiene QPSK, 16-QAM y 64-QAM, con estas modulaciones se puede

seleccionar tasas de codificacin convolucional de 1/2, 3/4 y 2/3.

Con el fin de ser capaz de obtener el nivel requerido de rendimiento, ha sido necesario a

la IEEE 802.22 a adoptar un sistema de lo que se denomina unin de canales. Este es un

esquema en el que el sistema IEEE 802.22 es capaz de utilizar ms de un canal a la vez

para proporcionar el rendimiento requerido. A menudo es posible utilizar los canales

adyacentes debido a que en muchos pases las autoridades reguladoras y los

planificadores de frecuencia permiten que dos o ms canales vacos entre estaciones que

transmiten seales de alta potencia, ya que evita la interferencia de las seales de

televisin. Estos mltiples canales libres permiten el uso de unin de canales contiguos. En

la prctica es probable que sea limitado a tres como resultado de las limitaciones de

ancho de banda front-end el nmero mximo de canales que estn unidos.

En las implementaciones de WRAM se va a tener una configuracin maestro esclavo en

donde las estaciones bases harn el papel de maestro y los CPE de esclavos. La estacin

base ser la encargada de administrar a los equipos CPE con el fin de tomar decisiones en

cuanto a las caractersticas del funcionamiento de la red para poder as tener una buena

transmisin sin causar interferencias a los servicios adyacentes. La estacin base debe ser

responsable de administrar a los CPEs en aspectos como la modulacin, codificacin,

encriptacin y nivel de potencia.

Para dar acceso a los datos en ambas direcciones, se ha adoptado es TDD y FDD:

TDD: En este mtodo bidireccional, las transmisiones del enlace ascendente y del

descendente son transportadas en la misma banda de frecuencia usando intervalos de

tiempo (slots de trama) de forma sncrona. As las ranuras de tiempo en un canal fsico se

asignan para los flujos de datos de transmisin y de recepcin.

FDD: Los enlaces de las transmisiones de subida (uplink) y de bajada (downlink) emplean

dos bandas de frecuencia separadas. Un par de bandas de frecuencia con una separacin

especificada se asigna para cada enlace.

OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing)

(Es la combinacin de dos o ms canales de informacin en un solo medio de transmisin

el cual enva un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cada una

transporta informacin, la cual es modulada en QAM, PSK o QPSK. OFDM se divide un

canal en un nmero determinado de bandas de frecuencia equi-espaciadas, en cada

banda se transmite una subportadora que transporta una porcin de la informacin. Cada

subportadora es ortogonal al resto, el hecho de que las seales sean ortogonales provoca

que no exista interferencia entre ellas dando la posibilidad de transmitir varias seales

usando una espacio entre ellas muy pequeo y en algunos casos nulo. En la siguiente

figura se puede ver como OFDM hace un mejor uso del espectro en comparacin con

FDM, en FMD las seales no se pueden estar una sobre la otra ya que se producira

interferencias.

Figura 6 OFDM

6.2. CAPA MAC Caractersticas:

Algunos aspectos de la MAC de IEEE 802.22 estn basados en el estndar IEEE

802.16 WIMAX.

Soporte de unicast, multicast, broadcast tanto para la gestin como para los

datos.

MAC orientada a conexin:

Define una correlacin entre los procesos de pares.

Define un flujo de servicio (Qos aprovisionamiento)

Se han realizado importantes mejoras:

-soporte de funcionalidad cognitiva

-programacin dinmica y adaptativa de los periodos quietos

-varios mtodos de deteccin y notificacin del usuario titular.

-coexistencia con otros operadores tradicionales y otros sistemas 802.22 (auto

coexistencia).

-mediciones (titulares y operacin 802.22)

-gestin del espectro (tiempo, frecuencia y potencia)

- uso del protocolo Coexistence Beacon (CBP)

- uso del protocolo de deteccin de recuperacin titular (IDRP)

-mecanismo wireless microphone beacon (IEEE 802.22.1)

Mecanismos de auto convivencia

-etiqueta de espectro

-sobre demanda frame contencin.

Resumen de las capacidades cognitivas

Figura 7 Resumen de las capacidades cognitivas

El control de acceso al medio es el conjunto de mecanismos y protocolos a travs de los

cuales varios "interlocutores" (dispositivos en una red, como ordenadores, telfonos

mviles, etc.) se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisin comn.

El hecho de que el estndar IEEE 802.22 es tan flexible trae una serie de nuevos retos para

la aplicacin prctica del sistema. En consecuencia, el MAC ha sido diseado para ofrecer

flexibilidad y para incorporar estas nuevas ideas.

En primer lugar, la inicializacin y la entrada a la red; siempre que una CPE se enciende, lo

primero que hace es escanear todos los canales de televisin. Seguidamente, realiza un

mapa de ocupacin del espectro, en donde se identifica en cada canal si hay usuarios

legtimos o no. Esta informacin es enviada a la BS y usada por la CPE para determinar que

canales estn vacos y, a partir de ah, usar esos canales vacantes para buscar

transmisiones.

Tambin es necesario contar con un formato definido para los datos. Para permitir que los

datos se estructuren adecuadamente, la transmisin se formatea en tramas y

supertramas.

Supertramas: La supertrama se construye a partir de las tramas ms

pequeas. La supertrama se utiliza para proporcionar una sincronizacin

global para el sistema, y, en particular, proporciona el acceso a la red de

inicializacin. Al comienzo de cada supertrama, hay un prembulo conocido

como el encabezado de control de supertrama, SCH (Superframe Control

Header).

Figura 8: Supertrama WRAN.

Tramas: La supertrama se construye a partir de tramas. Estas tramas se dividen

en dos elementos:

- Un frame de bajada o downstream (DS). Consiste en slo un PHY PDU21 con

contenido sobre posibles coexistencias

-Otro frame de subida o upstream (US). Contiene informacin como los intervalos

sincronizados de inicializacin, demanda de ancho de banda, notificacin UCS22

(Urgent Coexistence Situation) y uno o ms PHY PDU, cada uno transmitido desde

diferentes CPE's.

Figura 9 frame y superframe

Equipos IEEE 802.22 est diseado para garantizar que no hay interferencia indebida es

causada a los servicios de televisin existentes. Como resultado de ello todo el sistema

tiene que ser adaptativo para asegurar que el sistema evita canales que estn en uso

mientras se mantiene el rendimiento requerido. Incluso AHS para adaptarse a los cambios

en la propagacin de radio que pueden ocurrir de vez en cuando. Como resultado, el radio

cognitiva y la tecnologa de red cognitiva se ha incorporado para garantizar este requisito

se cumple.

En la figura 11 se pude observar cmo est estructurado el Frame.

Figura 10 estructura del Frame

OPERACIN DEL FRAME

La asignacin de rfaga podra basarse en distancia del CPE de BS con el fin de compensar

el retardo de propagacin en virtud de celdas superpuestas en la figura 12 se pude

observar la operacin del Frame.

Figura 11 operacin del Frame

Caractersticas de SCH y CBP

1. proporciona la informacin de control de una celda WRAN

-apoya los mecanismos intra-frame e inter-frame gestin de deteccin de periodos de

espera.

-soporte de coexistencia con titulares y otras celda WRAN (self-coxistence)

2. un SCH pude incluir varios CBP (coexistence beacon protocol) IEs

-backup de la de informacin del canal IE

-Frame contencin informacin IE

-informacin geo-localizacin terrestre IE

-firma IE, certificados IEs (CBP Frame Security)

-el uso de SCH, WRAN la estacin base inteligentemente puede gestionar la operacin de

sus CPEs asociados.

7. DETECCIN DEL ESPECTRO POR LA RED IEEE 802.22

La red WRAM debe asegurarse de no causar ninguna interferencia sobre los otros

servicios ya que al utilizar un espectro compartido se pueden generar dos o ms

transmisiones simultneas por el mismo canal causando as la prdida de informacin y el

mal funcionamiento de las redes WRAM y las redes vecinas que utilizan ese mismo

espectro.

Como se ha venido mencionando anteriormente la red WRAM consta de una estacin

base que se denota por BS y varios equipos CPE que correspondern a las terminales de

los usuarios que desean utilizar los servicios proporcionados por la red. La deteccin del

espectro se distribuye en todos los equipos CPE con el fin de poder evitar interferencias.

Los equipos CPE miran todos los canales posibles que estn disponibles para su uso,

realizan un anlisis sobre estos canales y envan la informacin obtenida a la estacin base

sobre la cual est funcionando, la informacin que se enva tiene que ver sobre el nivel de

seales que se han detectado al igual que los puntos fuertes de los canales analizados.

La estacin base es la encargada de tomar la decisin sobre los canales que estn

ocupados, esto lo hace con la informacin recopilada por los equipos CPE, de esta manera

las estaciones bases se encargarn de mirar cuales canales estn ocupados y si se pueden

utilizar para las trasmisiones, estas decisiones las toma de acuerdos a unas mediciones

que se basan en la deteccin del espectro.

Figura 12 deteccin del espectro

8. MEDICIONES DEL ESPECTRO

La capa MAC que opera dentro del CPE lleva a cabo muchas tareas importantes que

permiten que toda la red WRAN funcione de una manera correcta es decir de manera

eficiente y sin causar problemas tanto a las transmisiones vecinas como a sus propias

transmisiones. Para que una celda IEEE 802.22 pueda operar sin causar interferencias a los

usuarios que operan legtimamente las estaciones base debe enviar rdenes a los CPE

que se encuentran dentro de su celda, estas rdenes son para que dichos equipos realicen

mediciones peridicas del espectro con el fin de tener un control sobre las interferencias

que se puedan llegar a presentar.

Este tipo de mediciones se pueden realizar en dos formas diferentes

En deteccin de espectro de banda: La deteccin de espectro en banda se aplica a

los canales que se estn utilizando por la estacin base para comunicarse con los

CPE. Para esto la estacin base silencia peridicamente el canal, con los canales

silenciados los CPEs pueden escuchar cualquier otra transmisin y evaluar la presencia de

otras seales en el canal. Las estaciones base les dan a los equipos CPEs los distintos

requisitos para que realicen la evaluacin como los niveles de potencia requeridos de las

seales. Para poder obtener diferentes resultados se puede encomendar estas tareas de

medicin a varios CPEs en donde cada uno va a entregar a la estacin base sus propias

mediciones y ser ella la que toma le mejor decisin de acuerdo a los resultados

obtenidos.

Como se emplea la tcnica de silenciar el canal se pueden utilizar varios mecanismos para

realizar las respectivas mediciones, estas mediciones harn que el silencio del canal sea de

larga o corta duracin, entre las tcticas se tienen dos:

DETECCION RPIDA: como su nombre lo indica la deteccin del espectro se realiza

de una manera rpida y se basa en el empleo de un algoritmo de deteccin de

energa el cual se completa en un tiempo alrededor de 1 ms, los resultados

obtenidos se envan a la estacin base la cual deber analizarlos y tomar la

decisin de quedarse con esa informacin o solicitar una medicin ms exacta.

DETECCIN FINA: en esta deteccin se utilizan algoritmos mucho ms precisos

pero su tiempo de anlisis es un poco mayor, da resultados mucho ms exactos

que la deteccin rpida pero mantiene en silencio al canal por un periodo de

tiempo ms largo

En la siguiente figura se puede observar el las diferencias de tiempo empleados por cada

una de las detecciones mencionadas anteriormente, en la deteccin fina(color verde) el

tiempo deteccin es mucho ms grande que en la deteccin rpida(color gris), todas estas

detecciones se realizar para poder saber si hay otras seales por los canales que est

utilizando WRAM, en el caso de que existan se debe migar a otros canales ya que se debe

dar prioridad a las transmisiones que tienen autenticado el uso legtimo del espectro.

El otro tipo de medicin del espectro es el siguiente:

Fuera de deteccin del espectro de la banda: se refiere a los canales que no estn

siendo utilizados actualmente por la EB para comunicarse con los CPEs. Estas mediciones

se realizan para localizar posibles canales alternativos. Tambin se asegura que exista una

banda suficiente de guarda entre los canales en uso por parte de la BS y las estaciones de

TV. Con este tipo de medicin no se deben silenciar los canales por los cuales se est

transmitiendo.

9. SEGURIDAD EN WRAN

La seguridad en las redes es un aspecto muy importante, de esta depende que la red

tenga una buena acogida por parte de los usuarios ya que una red no segura no llama la

atencin de ningn usuario.

A la hora de transmitir los datos se debe asegurar que nadie ms va a poder manipularlos

ya que si se presentan dichas manipulaciones se pueden producir problemas muy grandes

por las malas interpretaciones de la informacin. Dentro de las redes de difusin se

pueden distinguir distintas amenazas las cuales son un peligro para la valides de los datos

enviados, entre ellas se tienen

Interrumpir: cuando se enva la informacin desde el origen y esta nunca llega a su

destino ya sea porque alguien ms la est captando y no la deja llegar libremente

o porque la seal se perdi.

Interceptar: El destino recibe la informacin enviada por el origen, pero esta ha

sido interceptada por un tercero, este problema se ve muy a menudo en las redes,

en los mensajes que se envan y son interceptado por terceros se incluyen datos

maliciosos que cuando llegan al receptor los toma como vlidos pero al final

terminan daando los equipos terminales o simplemente extrayendo toda la

informacin que hay en ellos.

Generar: en muchos casos personas ajenas a la red comienzan a generar paquetes

maliciosos hacia los destinos, estos paquetes ya se han modificado para el

receptor los detecte como vlidos creyendo que provienen de los destinos que l

conoce pero en realidad el destino real nunca ha enviado nada. Cuando esta

informacin llega a su destino comienza a realizar daos en el equipo terminal

Modificar: La informacin enviada por el origen es interceptada por el atacante,

modifica y reenviada al destino. Dichas modificaciones pueden hacer que el

terminal receptor comience a enviar informacin que el origen verdadero no ha

solicitado pero que si es til para el atacante.

Debido a todas estas amenazas mencionadas ateriormente el estndar IEEE 802.22 ha

decidido optar por algunos protocolos de seguridad para poder brindar una transmisin

confiable en las redes WRAN, estos protocoles buscan brindar las siguientes

caractersticas:

Confidencialidad

Integridad

Autenticacin

Disponibilidad

No repudio

El protocolo IEEE 802.22 Incorpora mecanismos de seguridad que impidan la intrusin en

la comunicacin, con protocolos de cifrado fuerte con 3DES y AES de 128 y 192 bits

respectivamente, as como el empleo de certificados X.509 para autenticar y evitar

suplantaciones del usuario final.

Tambin, a nivel de acceso al medio, cuenta con protocolos de seguridad con la que

proteger la privacidad de la conexin, por lo que es un estndar que est lo

suficientemente preparado para responder a las exigencias de seguridad que se dan

actualmente.

10. CONCLUSIONES

Con las redes WRAM ser posible llevar las comunicaciones a lugares en donde es

muy difcil llegar con los medios convencionales ya sea por costos muy elevados u

otros factores que impiden que la infraestructura se pueda montar fcilmente.

Con la evolucin de la televisin analgica a televisin digital se puede hacer un

buen uso del espectro que va a quedar libre.

Las radio cognitivas son una tecnologa muy importante y robusta que permite un

mejor uso del espectro electromagntico permitiendo aprovechar las porciones

del espectro que estn siendo desaprovechadas no solo en las redes de televisin

analgico si no en cualquier otro servicio.

El estndar IEEE 802.22 est optimizado para canales de televisin VHF / UHF para

proporcionar servicios de banda ancha

Primera Norma IEEE para operaciones en espacios en blanco o vacos de televisin

Primera norma IEEE que est diseada especficamente para el acceso de banda

ancha en zonas rurales y regionales dirigida a la eliminacin de la brecha digital.

Primera norma IEEE que tiene todas las caractersticas de radio cognitiva

11. BIBLIOGRAFIA

http://www.modulo0tutoriales.com/ofdm-multiplexacion-por-division-de/

http://www.radio-electronics.com/info/wireless/ieee-802-22/cognitive-network-

spectrum-sensing.php

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/287/1/CD-0253.pdf

http://www.slideshare.net/vimahecha/redes-inalambricas-para-zonas-rurales-8126444