K VALITETSVURDERINGER

A topologia da rede é a relação lógica e física dos nós numa rede. É um mapa de uma rede que indica os segmentos de rede, os pontos de interligação e as comunidades de utilizadores. Em geral, o objectivo do projecto da rede é o de apresentar uma rede segura, redundante e escalável. Tal objectivo deve ser tido em conta na escolha da topologia da rede.

A norma IEEE 802.16-2004 possui como vantagem a possibilidade de comunicação de utilizador para utilizador, num ambiente sem linha de vista directa, NLoS. A norma IEEE 802.16-2004 foi projectada para suportar vários tipos de topologias de redes, e a topologia a ser utilizada no projecto deve ser decidida logo no início. As topologias suportadas pela norma são: a topologia ponto-a-ponto, a ponto-multiponto e a topologia

mesh. Também é possível utilizar topologias híbridas que, consistem em utilizar uma ou

várias topologias. Assim, é extremamente importante definir a topologia a ser utilizada num projecto na hora do desenvolvimento da rede WiMAX, pois torna-se importante conhecer as características de cada topologia a fim de se avaliar qual será a melhor solução para o projecto.

5.1.1 Topologia ponto-a-ponto

Na topologia PTP (ponto-a-ponto), Figura 5.1, utilizam-se duas antenas que garantem a ligação entre dois pontos. A topologia ponto-a-ponto atende isoladamente a um único utilizador interligado. Esta topologia é menos escalável, visto que, há pouca facilidade de adição de novos nós na rede. Existe, no entanto, uma maior largura de banda nesta solução.

Figura 5.1 - Topologia ponto-a-ponto (PTP).

5.1.2 Topologia ponto-multiponto

Na topologia PMP (Ponto-Multiponto), Figura 5.2, a rede desenvolvida permite suportar vários utilizadores, limitando ao mínimo o número de routers, switches e outros equipamentos que são necessários para o funcionamento de uma rede convencional. Na topologia PMP servem-se vários utilizadores, simultaneamente, a partir de uma estação base, posicionada estrategicamente. Esta estação base cobre uma área aonde será oferecido o serviço aos utilizadores, reduzindo os custos e oferecendo uma maior facilidade no caso de adição de nós (utilizadores ou CPEs), mas com menor largura de banda.

Figura 5.2 - Topologia ponto-multiponto (PMP).

Na topologia PMP são formadas células que podem utilizar antenas do tipo omnidireccional (360º) ou sectorial. O ângulo de abrangência da antena sectorial pode ser de 30º, 60º, 90º ou 120º, dependendo da área de cobertura. Estas células podem ser configuradas para trabalhar com várias antenas posicionadas sequencialmente formando sectores consecutivos e proporcionando uma grande área de cobertura do sinal.

As antenas omnidireccionais apresentam uma maior facilidade de utilização, isto porque elas não precisam de ser direccionadas uma com as outras, o que ocorre com as antenas sectoriais. Estas antenas são utilizadas tanto nas estações base emissoras como nas receptoras. O seu funcionamento não permite ligações com alcance elevado, podendo no entanto ser instalados amplificadores externos para aumentar a sua capacidade de ligação.

No DL todas as estações subscritoras que estão num determinado sector e utilizam um dado canal de frequência recebem a mesma transmissão, ou parte dela. A estação base é o único emissor a operar neste sentido e, portanto, não necessita de coordenação com outras estações excepto no caso TDD, onde o tempo é dividido em períodos para transmissão no UL e períodos para transmissão no DL.

A estação base realiza uma difusão para todas as estações subscritoras de um sector e estas estações verificam o endereço de destino nas mensagens recebidas e processam somente as mensagens destinadas a elas. As mensagens podem ser enviadas para todos

os utilizadores por difusão (broadcast) mas também podem ser enviadas individualmente ou para grupos de estações subscritoras (multicast).

No outro sentido, as estações subscritoras compartilham o UL conforme a procura. Dependendo da classe de serviço utilizada, a estação subscritora pode ter o direito de transmitir continuamente ou o seu direito para transmitir pode ser dado pela estação base após receber uma requisição do utilizador. Dentro de cada sector, os utilizadores aderem a um protocolo de transmissão que controla a contenção entre utilizadores e habilita o serviço a ser emitido adaptado aos requisitos de atraso e largura de banda de cada aplicação do utilizador.

5.1.3 Topologia mesh

A topologia mesh é muito semelhante com a topologia ponto-multiponto, mas existe uma diferença entre as duas. Essa diferença está no modo de operação entre as duas topologias.

Enquanto na tecnologia PMP o tráfego ocorre entre a estação base e os utilizadores e vice-versa, na topologia mesh o tráfego pode ser encaminhado através de outros utilizadores, como também pode ocorrer directamente entre utilizadores, onde cada utilizador funciona como uma estação ou nó repetidor.

Com esta capacidade de comunicação por nós cria-se uma rede com vários caminhos alternativos, evitando-se assim, os pontos de congestionamento, aprimorando ainda mais o desempenho da rede com a adição de novos utilizadores. A Figura 5.3 apresenta o funcionamento da topologia mesh. A topologia mesh oferece redundância e maior fiabilidade, mas é a topologia mais cara de se construir porque cada nó ou utilizador da rede requer um router.

Figura 5.3 - Topologia mesh.

Na topologia mesh existem três termos importantes: os vizinhos, a vizinhança e a vizinhança estendida. As estações com quem o nó possui ligações directas recebem a denominação de “vizinhos”. Os vizinhos de um nó são aqueles distantes de um salto (uma ligação) do nó. Os vizinhos de um nó formam a “vizinhança”. A “vizinhança estendida” contém, adicionalmente, todos os vizinhos da vizinhança.

Na topologia mesh nem mesmo a estação base mesh pode transmitir sem coordenação com os outros nós. Utilizando o planeamento distribuído, todos os nós, incluindo a estação base mesh, coordenarão as suas transmissões com os nós até dois saltos na vizinhança (vizinhos dos vizinhos) e realizarão a difusão do seu planeamento (recursos disponíveis, solicitações e concessões) para todos os vizinhos. Opcionalmente, o planeamento pode ser estabelecido por requisições e por concessões directas, não coordenadas entre dois nós. Os nós irão certificar-se de que a transmissão resultante não causará colisões com o tráfego programado de dados e de controlo de nenhum outro nó até dois saltos na vizinhança. Não há diferença no mecanismo utilizado para determinação do planeamento no DL e no UL.

Utilizando o planeamento centralizado, os recursos são concedidos de uma maneira centralizada. Uma estação base mesh reunirá solicitações de recursos de todas as estações subscritoras mesh dentro de um certo alcance, determinará a quantidade de recursos concedidos para cada ligação na rede, tanto no DL como no UL, e comunicará às estações subscritoras mesh na sua área de alcance. As mensagens de concessão não

contêm o planeamento real mas cada nó deve calculá-lo utilizando o algoritmo pré- determinado com os parâmetros dados.

Os sistemas com a topologia mesh utilizam tipicamente antenas omnidireccionais, mas podem também utilizar antenas sectoriais. No limite da área de cobertura de uma rede

mesh, onde somente é necessária uma ligação para um único ponto, podem utilizar-se

até mesmo antenas altamente direccionais.