Camada Enlace e protocolo da Subcamada MAC

A camada de enlace de dados é dividida em três subcamadas, como foi dito acima. A subcamada que diz respeito a segurança utiliza criptografia para manter secretos todos os dados transmitidos. Apenas a carga útil de cada quadro é criptografada, os cabeçalhos não o são. Isto significa que uma terceira pessoa pode ver quem está se comunicando com quem, porém não consegue saber o que está sendo dito entre as duas outras pessoas.

No momento em que um assinante se conecta a uma estação-base, eles executam um processo de autenticação mútua com criptografia utilizando o que se denomina de chave pública, usando certificados para isso. As cargas úteis propriamente ditas são criptografadas com a utilização de um sistema de chave simétrica, seja ele o DES com encadeamento de blocos de cifras ou o DES triplo com duas chaves.

Examinando a parte comum da subcamada MAC, nota-se que os quadros MAC ocupam um número inteiro de slots de tempo da camada física. Cada quadro é composto por subquadros, sendo os dois primeiros os mapas de downstream e upstream. Esses mapas informam o que existe em cada slot de tempo e quais slots de tempo estão livres. O mapa downstream também contém vários parâmetros do sistema, a fim de informá-los às novas estações quando elas se conectarem.

O canal de downstream é bastante direto. A estação-base simplesmente decide o que inserir em cada subquadro. O canal upstream é mais complicado, pois existem assinantes concorrentes não-coordenados que precisam de acesso a ele. Sua alocação está intimamente relacionada à questão da qualidade de serviço (QoS).

São definidas quatro classes de serviço, da seginte forma:

1. Serviço de taxa de bits constante.
2. Serviço de taxa de bits de tempo real.
3. Serviço de taxa de bits variável de tempo não-real.
4. Serviço de melhor esforço

Todo serviço 802.16 é orientado a conexões, e cada conexão recebe uma das classes de serviço anteriores, determinada quando a conexão é configurada.

O serviço de taxa de bits constante se destina à transmissão de voz não-compactada. Esse serviço precisa enviar uma quantidade de dados pré-determinada a intervalos de tempo pré-determinados. Ele é acomodado dedicando-se certos slots de tempo a cada conexão desse tipo. Uma vez que a largura de banda é alocada, os slots de tempo ficam disponíveis automaticamente, sem a necessidade de solicitar cada um.

O serviço de taxa de bits variável de tempo real se destina a aplicações de multimídia compactada e a outras aplicações de software de tempo real em que a quantidade de largura de banda necessária em cada instante pode variar. Ele é acomodado fazendo-se a estação-base consultar o assinante a intervalos fixos sobre a quantidade de largura de banda necessária em cada momento.

O serviço de taxa de bits variável de tempo não-real se destina a transmissões pesadas que não são de tempo real, como a transferência de grandes arquivos. Para esse serviço, a estação-base consulta o assinante com freqüência, mas não efetua o polling a intervalos de tempo prescritos com rigidez. Um cliente de taxa de bits constante pode definir um bit em um de seus quadros solicitando uma consulta para transmitir tráfego adicional (de taxa de bits variável).

Se uma estação não responder a uma consulta k vezes seguidas, a estação-base a colocará em um grupo de multidifusão, retirando-a do polling pessoal. Em vez disso, quando o grupo de multidifusão for consultado, qualquer das estações que ele contém poderá responder, disputando o serviço. Desse modo, estações com tráfego não irão desperdiçar valiosos períodos de polling.

Por fim, o serviço de melhor esforço se destina a todos os outros casos. Nenhum polling é feito e o assinante deve disputar a largura de banda com outros assinantes do serviço de melhor esforço. As solicitações de largura de banda são feitas em slots de tempo marcados no mapa upstream como disponíveis para disputa. Se uma solicitação for bem sucedida, seu sucesso será notado no próximo mapa downstream. Se ela não tiver sucesso, os assinantes mal sucedidos terão de tentar de novo mais tarde. Para minimizar colisões, é usado o algoritmo de recuo binário exponencial da Ethernet. O padrão define duas formas de alocação de largura de banda: por estação e por conexão. No primeiro caso, a estação do assinante agrega as necessidades de todos os usuários do edifício e faz solicitações coletivas por eles. Quando a largura de banda é concedida, a estação reparte essa largura de banda entre seus usuários, conforme seus critérios. No último caso, a estação-base administra diretamente cada conexão.

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