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                                 Autor : Welton Sthel Duque

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Protocolo 1xEV-DO para redes Wireless

O protocolo 1xEV-DO (CDMA 1X Evolution to Data Only) é uma evolução do protocolo CDMA 2000 (153,6
Kbps) que provê serviços de dados de alta velocidade em redes de telefonia móvel celular. Sua avançada
tecnologia de eficiência espectral permite velocidades de dados de até 2,45 Mbps. Utiliza técnicas de
modulação digital de altas ordens. A rede 1xEV-DO é uma rede IP fim-a-fim.

Neste protocolo, o fluxo de dados é geralmente assimétrico. Existe maior fluxo de dados no sentido ERB
(Estação Rádio Base) para o telefone móvel (link direto). Portanto, a capacidade de RF (Rádio Freqüência)
no link direto deve ser maior que no link reverso. A portadora 1xEV-DO possui uma largura de banda de
1,25 Mhz e o link reverso é bem semelhante ao link reverso do CDMA 2000.

Link direto (downstream)

O link direto no 1xEV-DO é um canal CDMA e TDM (Time Division Multiplex) ao mesmo tempo. Em um
determinado instante de tempo (time-slot) um único usuário utiliza toda a capacidade da portadora 1xEV-
DO, que sempre transmite em potência máxima, ou seja, não existe controle de potência no link direto. A
taxa varia segundo às condições de transmissão de RF do ambiente onde está a ERB.

Processo Scheduler

Existe um processo na ERB chamado “scheduler” que determina qual será o usuário a utilizar o próximo
time-slot de dados da portadora 1xEV-DO.




                                     Figura 22 - Taxas do 1xEV-DO

A ERB não pode decidir a taxa de dados a ser usada no link direto. O móvel determina esta taxa,
baseando-se no nível C/I (Carrier To Interference) do link direto. A ERB transmite na velocidade
determinada pela estação móvel. Existem 9 taxas de transferência de dados no link direto que variam em
quantidades múltiplas de 38,4 Kbps até 2457,6 Kbps.

Modulações de RF digitais

A razão pela qual o 1xEV-DO consegue transmitir com taxas elevadas é o uso de técnicas de modulação
de alta ordem. Existem 3 diferentes técnicas de modulação usadas no link direto: QPSK, 8PSK e 16QAM.
A interferência é causada por células vizinhas somente e não existem interferência co-canal, pois somente
um único usuário utiliza a portadora de dados por vez.

Em um ambiente cujo “fading” é do tipo Rayleigh, quando ocorre o desvanecimento da portadora de RF, a
ERB aumenta a potência de transmissão e isto diminui a capacidade de RF do sistema. No 1xEV-DO o
processo “scheduler” não fornece time-slots para móveis que estão em situações de “fading”. Isto resulta
em um ganho de diversidade de usuários e aumenta a capacidade de RF do 1xEV-DO.

A performance de uma rede 1xEV-DO é extremamente dependente dos algoritmos de dados usados nos
terminais móveis, pois o poder de determinação das taxas de dados está nos móveis e não nas ERB’s.

Experimento prático

Nas fotos a seguir são mostrados os resultados de um experimento prático de uma rede 1xEV-DO que foi
realizado no dia 05 de Novembro de 2002 em Richardson-Texas – Estados Unidos. O experimento foi
realizado nas dependências de laboratório da Nortel Networks, uma das maiores fabricantes de
equipamentos de telecomunicações do mundo, cuja sede se situa no Canadá.

Nesta primeira foto, uma usuária tem o seu Notebook conectado a um celular 1xEV-DO que está com uma
chamada em curso para outro celular 1xEV-DO. Nesta aplicação, a usuária conversa e ao mesmo tempo
vê o seu parceiro através de um vídeo em tempo real, que passa a 2 Mbps na interface aérea. Como o
1xEV-DO é uma rede de dados somente, a conversa é feita através da tecnologia VoIP (Voice Over Ip
Protocol).




        Figura 23 - Voz sobre IP e Vídeo em tempo real com 1xEV-DO a 2 Mbps em rede Wireless

A foto seguinte mostra a taxa instantânea de um aplicativo para Windows chamado DU Meter que é capaz
de medir a velocidade de transmissão de dados em qualquer interface do computador. Neste caso, a
interface medida é a placa GTRAN que é um telefone celular de tecnologia 1xEV-DO. Neste momento, o
DU Meter mediu um dos picos transmissão da interface durante o download de um arquivo remoto feito
com FTP, com valor de 1,1 Mbps sobre a interface aérea.




                     Figura 24 - Taxa instantânea de 1,1 Mbps vista com o DU Meter

A foto a seguir mostra a arquitetura de rede física (equipamentos) utilizada pela Nortel Networks para
implementar o serviço 1xEV-DO. Já existem, no Brasil, várias operadoras de telefonia celular e WLL
(Wireless Local Loop) fazendo testes de upgrade de suas redes celulares para fornecer o serviço 1xEV-DO
para o ano de 2003.




                      Figura 25 - Arquitetura de Rede do 1xEV-DO da Nortel Networks




Conclusão

A década de 90 vem sendo marcada como a era dos sistemas multimídia por causa do processo de
desenvolvimento acelerado da tecnologia digital e da microeletrônica. Esse crescimento impulsionou
também o desenvolvimento de redes de alta velocidade como FDDI, DQDB, RDSI, Gigabit Ethernet, ATM,
entre outras. Espera-se com essa evolução tecnológica ter uma rede de alta velocidade capaz de suportar
simultaneamente voz, dados, imagens e vídeo.

Tradicionalmente, as redes telefônicas de comutação de pacotes e transmissão de vídeo e televisão foram
projetadas para aplicações específicas, adaptando-se mal a outros tipos de serviços.

As limitações inerentes às redes FDDI, DQDB, RDSI-FE e às redes de comutação de pacotes levaram à
necessidade de introdução de uma tecnologia capaz de associar e integrar características específicas de
cada rede. Esta tecnologia é a ATM.

Atualmente, as redes de comutação de pacotes e frame relay são tecnologias que apresentam limitações.
A rede de pacotes atinge velocidades de até 2 Mbps e tem um “overhead” maior devido às confirmações
em cada nó da rede. A rede “Frame Relay” possibilita transmissões em velocidades também de até 2
Mbps, com “overhead” baixo e bom para interconectar LAN’s. Contudo, é ruim para aplicações interativas,
como consultas bancárias “on-line”, e para aplicações multimídia (voz e vídeo).

No momento, o mercado sinaliza para as tecnologias ATM e CELL-RELAY que serão predominantes no
futuro, podendo sustentar uma complexa malha de redes interconectadas, com capacidades de integração
de diversos serviços. O ATM, utilizando a tecnologia “CELL SWITCHING”, faz parte da família “Fast Packet
Switching”, que envolve protocolos que utilizam melhor a largura de banda. O ATM baseia-se na
tecnologia de comutação de células num meio de transmissão digital. A padronização do tamanho de
células em 53 bytes evita a demora nas transmissões de informações. Quanto maior fosse o tamanho da
célula, maior seria o tempo para a transmissão das informações.

Em resumo, buscar altas velocidades leva o projeto a uma operação voltada a conexão. Em geral, o
desempenho da rede é dominado pelo protocolo e pelo cabeçalho de processamento da mensagem. Essa
situação piora em velocidades mais elevadas. Os protocolos devem ser projetados para minimizar o
número de blocos, de mudanças de contexto, e o número de vezes que cada mensagem é copiada. Para
redes de gigabits, são mais aconselháveis protocolos simples que utilizem um controle de fluxo baseado
na taxa e não no crédito.

Os protocolos de acesso apresentados continuarão sendo utilizados nas redes de pacotes por um bom
tempo. A introdução do ATM/CELL-RELAY será feita de forma gradativa e começará principalmente pela
substituição do “Back Bone” das atuais redes de pacotes, mantendo-se por um período os protocolos de
acesso.
Os protocolos dos níveis inferiores em redes locais se distinguem pelo fato de que devem tirar proveito
das características de alto desempenho, baixo retardo e pequena taxa de erro do sistema de
comunicação.

 Os protocolos de acesso ao meio foram desenvolvidos, na maioria dos casos, para uma topologia
particular de rede. No entanto, devemos notar que muitas estratégias de controle podem ser usadas em
qualquer topologia, embora, às vezes, sejam mais adequadas a uma topologia particular.

 Na avaliação de protocolos de controle de acesso, atributos específicos podem ser usados, tais como:
capacidade, equidade ou justiça (fairness), prioridade, estabilidade em sobrecarga e retardo de
transferência.

-  Capacidade : É a vazão máxima que o método de acesso pode tirar do meio, em percentagem da
banda passante disponível. A taxa de transmissão, comprimento da rede, número de nós, tamanho do
quadro, tamanho do cabeçalho e o retardo em cada estação (filas de espera, retransmissão, etc.) são
algumas das variáveis que afetam a capacidade.

-  Justiça no acesso : É desejável na maioria das redes, a fim de permitir às estações o acesso aos
recursos compartilhados. Justiça não implica em ausência de prioridade de acesso. Implica simplesmente
que a estação deverá ser tratada com igualdade dentro de sua classe de prioridade. O acesso com
prioridade é desejável em várias aplicações, principalmente naquelas que envolvem controle em tempo
real.

- Estabilidade : É uma característica importante em aplicações onde o carregamento da rede é pesado.
Protocolos de acesso que alocam intervalos separados para cada nó são bastante estáveis e não exibem
grandes variações de retardo. Esquemas baseados em contenção têm sua estabilidade bastante
dependente da realização, exigindo sofisticações no tratamento de conflitos para tornar o protocolo mais
estável.

- Retardo de transferência : É a soma dos retardos de acesso e de transmissão. O retardo de
transferência é, na grande maioria dos casos, uma variável aleatória. No entanto, em alguns protocolos, o
maior valor que o retardo de transferência pode assumir é finito.

Determinadas funções do protocolo de enlace estão algumas vezes diretamente relacionadas com o tipo
de acesso ao meio e devem ser levadas em conta na comparação desses diversos tipos. Dentre essas
funções podemos citar :

-   detecção de erros;

-   reconhecimento do recebimento dos dados;

-   transparência da informação;

-   sequenciação dos dados;

-   controle do fluxo de dados;

 Os métodos de acesso podem ser divididos em dois grandes grupos: os métodos baseados em contenção
e os de acesso ordenado sem contenção.




BIBLIOGRAFIA

-   Silveira, Jorge Luis da - Comunicação de Dados e Sistemas de Teleprocessamento – Ed. Makron
    Books;
-   Soares, Luiz Fernando Gomes; Lemos, Guido; Colcher, Sérgio - Redes de Computadores – Ed.
    Campus;

-    Tellado, Ramon – Protocolos de Acesso a Redes de Comutação de Pacotes – Especialização Eng.
     Comunicação de Dados – INATEL – 1995;

-   Torres, Sérgio L. – Interconexão de LAN’s – Pós Graduação em Eng. de Comunicação de Dados –
    INATEL – 1999;

-   Cabral, Tarcísio Gonçalves - Trabalho sobre Protocolos de Redes - UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA
    - 28/04/97;

-   Tanenbaum, Andrew S. – Redes de Computadores – Ed. Campus –1997;

-   Lohtia, Anit – A White Paper of Evolution to 1xEV-DO for High Speed Data – Nortel Networks –
     November 2002;

-   Berrêdo, Marcelo – Gigabit Ethernet (Notas de Aula) – Universidade Estático de Sá – 2000;

-   Remoaldo, Pedro - http://www.fe.up.pt - Abril 1998 (Encontrado com o Google e a string “Protocolos
     de Alta Velocidade”)

-   www.pgredes.hpg.com.br - Redes de Alta Velocidade
APÊNDICE A – Hierarquias Digitais Plesiócronas (PDH) Americana e Européia




                  Figura 26 - Hierarquias Digitais Americana e Européia


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  • 1. WirelessBr é um site brasileiro, independente, sem vínculos com empresas WirelessBR ou organizações, sem finalidade comercial, feito por voluntários, para divulgação de tecnologia em telecomunicações PROTOCOLOS DE ALTA VELOCIDADE (8) Autor : Welton Sthel Duque (Esta página contém figuras grandes. Aguarde a carga se a conexão estiver lenta) Protocolo 1xEV-DO para redes Wireless O protocolo 1xEV-DO (CDMA 1X Evolution to Data Only) é uma evolução do protocolo CDMA 2000 (153,6 Kbps) que provê serviços de dados de alta velocidade em redes de telefonia móvel celular. Sua avançada tecnologia de eficiência espectral permite velocidades de dados de até 2,45 Mbps. Utiliza técnicas de modulação digital de altas ordens. A rede 1xEV-DO é uma rede IP fim-a-fim. Neste protocolo, o fluxo de dados é geralmente assimétrico. Existe maior fluxo de dados no sentido ERB (Estação Rádio Base) para o telefone móvel (link direto). Portanto, a capacidade de RF (Rádio Freqüência) no link direto deve ser maior que no link reverso. A portadora 1xEV-DO possui uma largura de banda de 1,25 Mhz e o link reverso é bem semelhante ao link reverso do CDMA 2000. Link direto (downstream) O link direto no 1xEV-DO é um canal CDMA e TDM (Time Division Multiplex) ao mesmo tempo. Em um determinado instante de tempo (time-slot) um único usuário utiliza toda a capacidade da portadora 1xEV- DO, que sempre transmite em potência máxima, ou seja, não existe controle de potência no link direto. A taxa varia segundo às condições de transmissão de RF do ambiente onde está a ERB. Processo Scheduler Existe um processo na ERB chamado “scheduler” que determina qual será o usuário a utilizar o próximo time-slot de dados da portadora 1xEV-DO. Figura 22 - Taxas do 1xEV-DO A ERB não pode decidir a taxa de dados a ser usada no link direto. O móvel determina esta taxa, baseando-se no nível C/I (Carrier To Interference) do link direto. A ERB transmite na velocidade determinada pela estação móvel. Existem 9 taxas de transferência de dados no link direto que variam em quantidades múltiplas de 38,4 Kbps até 2457,6 Kbps. Modulações de RF digitais A razão pela qual o 1xEV-DO consegue transmitir com taxas elevadas é o uso de técnicas de modulação de alta ordem. Existem 3 diferentes técnicas de modulação usadas no link direto: QPSK, 8PSK e 16QAM.
  • 2. A interferência é causada por células vizinhas somente e não existem interferência co-canal, pois somente um único usuário utiliza a portadora de dados por vez. Em um ambiente cujo “fading” é do tipo Rayleigh, quando ocorre o desvanecimento da portadora de RF, a ERB aumenta a potência de transmissão e isto diminui a capacidade de RF do sistema. No 1xEV-DO o processo “scheduler” não fornece time-slots para móveis que estão em situações de “fading”. Isto resulta em um ganho de diversidade de usuários e aumenta a capacidade de RF do 1xEV-DO. A performance de uma rede 1xEV-DO é extremamente dependente dos algoritmos de dados usados nos terminais móveis, pois o poder de determinação das taxas de dados está nos móveis e não nas ERB’s. Experimento prático Nas fotos a seguir são mostrados os resultados de um experimento prático de uma rede 1xEV-DO que foi realizado no dia 05 de Novembro de 2002 em Richardson-Texas – Estados Unidos. O experimento foi realizado nas dependências de laboratório da Nortel Networks, uma das maiores fabricantes de equipamentos de telecomunicações do mundo, cuja sede se situa no Canadá. Nesta primeira foto, uma usuária tem o seu Notebook conectado a um celular 1xEV-DO que está com uma chamada em curso para outro celular 1xEV-DO. Nesta aplicação, a usuária conversa e ao mesmo tempo vê o seu parceiro através de um vídeo em tempo real, que passa a 2 Mbps na interface aérea. Como o 1xEV-DO é uma rede de dados somente, a conversa é feita através da tecnologia VoIP (Voice Over Ip Protocol). Figura 23 - Voz sobre IP e Vídeo em tempo real com 1xEV-DO a 2 Mbps em rede Wireless A foto seguinte mostra a taxa instantânea de um aplicativo para Windows chamado DU Meter que é capaz de medir a velocidade de transmissão de dados em qualquer interface do computador. Neste caso, a interface medida é a placa GTRAN que é um telefone celular de tecnologia 1xEV-DO. Neste momento, o DU Meter mediu um dos picos transmissão da interface durante o download de um arquivo remoto feito com FTP, com valor de 1,1 Mbps sobre a interface aérea. Figura 24 - Taxa instantânea de 1,1 Mbps vista com o DU Meter A foto a seguir mostra a arquitetura de rede física (equipamentos) utilizada pela Nortel Networks para implementar o serviço 1xEV-DO. Já existem, no Brasil, várias operadoras de telefonia celular e WLL (Wireless Local Loop) fazendo testes de upgrade de suas redes celulares para fornecer o serviço 1xEV-DO
  • 3. para o ano de 2003. Figura 25 - Arquitetura de Rede do 1xEV-DO da Nortel Networks Conclusão A década de 90 vem sendo marcada como a era dos sistemas multimídia por causa do processo de desenvolvimento acelerado da tecnologia digital e da microeletrônica. Esse crescimento impulsionou também o desenvolvimento de redes de alta velocidade como FDDI, DQDB, RDSI, Gigabit Ethernet, ATM, entre outras. Espera-se com essa evolução tecnológica ter uma rede de alta velocidade capaz de suportar simultaneamente voz, dados, imagens e vídeo. Tradicionalmente, as redes telefônicas de comutação de pacotes e transmissão de vídeo e televisão foram projetadas para aplicações específicas, adaptando-se mal a outros tipos de serviços. As limitações inerentes às redes FDDI, DQDB, RDSI-FE e às redes de comutação de pacotes levaram à necessidade de introdução de uma tecnologia capaz de associar e integrar características específicas de cada rede. Esta tecnologia é a ATM. Atualmente, as redes de comutação de pacotes e frame relay são tecnologias que apresentam limitações. A rede de pacotes atinge velocidades de até 2 Mbps e tem um “overhead” maior devido às confirmações em cada nó da rede. A rede “Frame Relay” possibilita transmissões em velocidades também de até 2 Mbps, com “overhead” baixo e bom para interconectar LAN’s. Contudo, é ruim para aplicações interativas, como consultas bancárias “on-line”, e para aplicações multimídia (voz e vídeo). No momento, o mercado sinaliza para as tecnologias ATM e CELL-RELAY que serão predominantes no futuro, podendo sustentar uma complexa malha de redes interconectadas, com capacidades de integração de diversos serviços. O ATM, utilizando a tecnologia “CELL SWITCHING”, faz parte da família “Fast Packet Switching”, que envolve protocolos que utilizam melhor a largura de banda. O ATM baseia-se na tecnologia de comutação de células num meio de transmissão digital. A padronização do tamanho de células em 53 bytes evita a demora nas transmissões de informações. Quanto maior fosse o tamanho da célula, maior seria o tempo para a transmissão das informações. Em resumo, buscar altas velocidades leva o projeto a uma operação voltada a conexão. Em geral, o desempenho da rede é dominado pelo protocolo e pelo cabeçalho de processamento da mensagem. Essa situação piora em velocidades mais elevadas. Os protocolos devem ser projetados para minimizar o número de blocos, de mudanças de contexto, e o número de vezes que cada mensagem é copiada. Para redes de gigabits, são mais aconselháveis protocolos simples que utilizem um controle de fluxo baseado na taxa e não no crédito. Os protocolos de acesso apresentados continuarão sendo utilizados nas redes de pacotes por um bom tempo. A introdução do ATM/CELL-RELAY será feita de forma gradativa e começará principalmente pela substituição do “Back Bone” das atuais redes de pacotes, mantendo-se por um período os protocolos de acesso.
  • 4. Os protocolos dos níveis inferiores em redes locais se distinguem pelo fato de que devem tirar proveito das características de alto desempenho, baixo retardo e pequena taxa de erro do sistema de comunicação. Os protocolos de acesso ao meio foram desenvolvidos, na maioria dos casos, para uma topologia particular de rede. No entanto, devemos notar que muitas estratégias de controle podem ser usadas em qualquer topologia, embora, às vezes, sejam mais adequadas a uma topologia particular. Na avaliação de protocolos de controle de acesso, atributos específicos podem ser usados, tais como: capacidade, equidade ou justiça (fairness), prioridade, estabilidade em sobrecarga e retardo de transferência. - Capacidade : É a vazão máxima que o método de acesso pode tirar do meio, em percentagem da banda passante disponível. A taxa de transmissão, comprimento da rede, número de nós, tamanho do quadro, tamanho do cabeçalho e o retardo em cada estação (filas de espera, retransmissão, etc.) são algumas das variáveis que afetam a capacidade. - Justiça no acesso : É desejável na maioria das redes, a fim de permitir às estações o acesso aos recursos compartilhados. Justiça não implica em ausência de prioridade de acesso. Implica simplesmente que a estação deverá ser tratada com igualdade dentro de sua classe de prioridade. O acesso com prioridade é desejável em várias aplicações, principalmente naquelas que envolvem controle em tempo real. - Estabilidade : É uma característica importante em aplicações onde o carregamento da rede é pesado. Protocolos de acesso que alocam intervalos separados para cada nó são bastante estáveis e não exibem grandes variações de retardo. Esquemas baseados em contenção têm sua estabilidade bastante dependente da realização, exigindo sofisticações no tratamento de conflitos para tornar o protocolo mais estável. - Retardo de transferência : É a soma dos retardos de acesso e de transmissão. O retardo de transferência é, na grande maioria dos casos, uma variável aleatória. No entanto, em alguns protocolos, o maior valor que o retardo de transferência pode assumir é finito. Determinadas funções do protocolo de enlace estão algumas vezes diretamente relacionadas com o tipo de acesso ao meio e devem ser levadas em conta na comparação desses diversos tipos. Dentre essas funções podemos citar : - detecção de erros; - reconhecimento do recebimento dos dados; - transparência da informação; - sequenciação dos dados; - controle do fluxo de dados; Os métodos de acesso podem ser divididos em dois grandes grupos: os métodos baseados em contenção e os de acesso ordenado sem contenção. BIBLIOGRAFIA - Silveira, Jorge Luis da - Comunicação de Dados e Sistemas de Teleprocessamento – Ed. Makron Books;
  • 5. - Soares, Luiz Fernando Gomes; Lemos, Guido; Colcher, Sérgio - Redes de Computadores – Ed. Campus; - Tellado, Ramon – Protocolos de Acesso a Redes de Comutação de Pacotes – Especialização Eng. Comunicação de Dados – INATEL – 1995; - Torres, Sérgio L. – Interconexão de LAN’s – Pós Graduação em Eng. de Comunicação de Dados – INATEL – 1999; - Cabral, Tarcísio Gonçalves - Trabalho sobre Protocolos de Redes - UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA - 28/04/97; - Tanenbaum, Andrew S. – Redes de Computadores – Ed. Campus –1997; - Lohtia, Anit – A White Paper of Evolution to 1xEV-DO for High Speed Data – Nortel Networks – November 2002; - Berrêdo, Marcelo – Gigabit Ethernet (Notas de Aula) – Universidade Estático de Sá – 2000; - Remoaldo, Pedro - http://www.fe.up.pt - Abril 1998 (Encontrado com o Google e a string “Protocolos de Alta Velocidade”) - www.pgredes.hpg.com.br - Redes de Alta Velocidade
  • 6. APÊNDICE A – Hierarquias Digitais Plesiócronas (PDH) Americana e Européia Figura 26 - Hierarquias Digitais Americana e Européia Anterior Home WirelessBR