IEEE 802.22

IEEE 802.22 , es un estándar para redes de área regional inalámbricas (WRAN) que utilizan espacios en blanco en el espectro de frecuencia de televisión (TV). ^[1] El desarrollo del estándar IEEE 802.22 WRAN tiene como objetivo utilizar técnicas de radio cognitiva (CR) para permitir compartir el espectro geográficamente no utilizado asignado al servicio de transmisión de televisión, de manera no interferente, para brindar acceso de banda ancha a áreas de baja densidad de población y difícil acceso, típicas de entornos rurales, y, por lo tanto, es oportuno y tiene el potencial de una amplia aplicabilidad en todo el mundo. ^[2] Es el primer esfuerzo mundial para definir una interfaz aérea estandarizada basada en técnicas de CR para el uso oportunista de bandas de TV de manera no interferente.

Las WRAN IEEE 802.22 están diseñadas para operar en las bandas de transmisión de TV, garantizando al mismo tiempo que no se produzcan interferencias perjudiciales en las operaciones existentes: transmisión de TV digital y analógica, y dispositivos con licencia de bajo consumo, como micrófonos inalámbricos. ^[3] Se esperaba que la norma estuviera finalizada en el primer trimestre de 2010, pero finalmente se publicó en julio de 2011.

IEEE P802.22.1 es un estándar relacionado que se está desarrollando para mejorar la protección contra interferencias perjudiciales para dispositivos con licencia de baja potencia que operan en bandas de transmisión de TV. IEEE P802.22.2 es una práctica recomendada para la instalación y el despliegue de sistemas IEEE 802.22. ^[1] IEEE 802.22 WG es un grupo de trabajo del comité de estándares IEEE 802 LAN/MAN que fue creado para escribir el estándar 802.22. Los dos grupos de trabajo 802.22 (TG1 y TG2) están escribiendo 802.22.1 y 802.22.2 respectivamente.

En respuesta a un aviso de reglamentación propuesta (NPRM) emitido por la Comisión Federal de Comunicaciones de los EE. UU. (FCC) en mayo de 2004, el grupo de trabajo IEEE 802.22 sobre redes de área regional inalámbricas se formó en octubre de 2004. ^[4] Su proyecto, formalmente llamado Estándar para redes de área regional inalámbricas (WRAN) - Requisitos específicos - Parte 22: Control de acceso al medio ( MAC ) y capa física ( PHY ) de RAN inalámbrica cognitiva Especificaciones: Políticas y procedimientos para la operación en las bandas de TV se centró en la construcción de una WRAN punto a multipunto fija nacional consistente que utilizará bandas de TV UHF/VHF entre 54 y 862 MHz. Se planea utilizar canales de TV específicos, así como las bandas de guarda de estos canales para la comunicación en IEEE 802.22.

El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), junto con la FCC, aplicó un enfoque centralizado para el descubrimiento del espectro disponible. En concreto, cada estación base (BS) estaría equipada con un receptor GPS que permitiría informar de su posición. Esta información se enviaría a servidores centralizados (en los EE.UU., estos serían gestionados por la FCC), que responderían con la información sobre los canales de televisión gratuitos y las bandas de guarda disponibles en el área de la BS. Otras propuestas permitirían únicamente la detección del espectro local, en la que la BS decidiría por sí misma qué canales están disponibles para la comunicación. También se prevé una combinación de estos dos enfoques. Los dispositivos que funcionarían en la banda de espacio en blanco de televisión (TVWS) serían principalmente de dos tipos: fijos y personales/portátiles. Los dispositivos fijos tendrían capacidad de geolocalización con un dispositivo GPS integrado. Los dispositivos fijos también se comunican con la base de datos central para identificar otros transmisores en el área que funcionen en TVWS. Otras medidas sugeridas por la FCC y el IEEE para evitar interferencias incluyen la detección dinámica del espectro y el control dinámico de la potencia.

Los borradores iniciales del estándar 802.22 especifican que la red debe operar en un sistema punto a multipunto ( P2MP ). El sistema estará formado por estaciones base (BS) y equipos en las instalaciones del cliente (CPE). Los CPE se conectarán a una BS a través de un enlace inalámbrico. Las BS controlarán el acceso al medio para todos los CPE conectados a ellas.

Una característica clave de las Estaciones Base WRAN es que serán capaces de realizar un sensado cognitivo . Esto es, los CPE estarán sensando el espectro y enviarán informes periódicos a la BS informando sobre lo que sensan. La BS, con la información recopilada, evaluará si es necesario un cambio en el canal utilizado, o por el contrario, si debe permanecer transmitiendo y recibiendo en el mismo.

La capa física debe poder adaptarse a diferentes condiciones y también necesita ser flexible para saltar de canal a canal sin errores en la transmisión o pérdida de clientes (CPEs). Esta flexibilidad también es necesaria para poder ajustar dinámicamente el ancho de banda, la modulación y los esquemas de codificación. OFDMA será el esquema de modulación para la transmisión en enlaces ascendentes y descendentes. Con OFDMA será posible lograr esta rápida adaptación necesaria para las BS y los CPEs. Al utilizar un solo canal de TV (un canal de TV tiene un ancho de banda de 6 MHz ; en algunos países pueden ser de 7 u 8 MHz) la tasa de bits máxima aproximada es de 19 Mbit/s a una distancia de 30 km. La velocidad y la distancia alcanzadas no son suficientes para cumplir con los requisitos del estándar. La característica Channel Bonding aborda este problema. Channel Bonding consiste en utilizar más de un canal para Tx / Rx. Esto permite que el sistema tenga un mayor ancho de banda que se reflejará en un mejor rendimiento del sistema.

Esta capa se basará en tecnología de radio cognitiva . También debe poder adaptarse dinámicamente a los cambios en el entorno detectando el espectro. La capa MAC constará de dos estructuras: trama y supertrama. Una supertrama estará formada por muchas tramas. La supertrama tendrá un encabezado de control de supertrama (SCH) y un preámbulo. Estos serán enviados por la BS en todos los canales que sea posible transmitir sin causar interferencias. Cuando se enciende un CPE, detectará el espectro, averiguará qué canales están disponibles y recibirá toda la información necesaria para conectarse a la BS.

El CPE realizará dos tipos diferentes de medición del espectro: en banda y fuera de banda . La medición en banda consiste en detectar el canal real que está siendo utilizado por la estación base y el CPE. La medición fuera de banda consistirá en detectar el resto de los canales. La capa MAC realizará dos tipos diferentes de detección en mediciones en banda o fuera de banda: detección rápida y detección fina . La detección rápida consistirá en detectar a velocidades inferiores a 1 ms por canal. Esta detección la realizan el CPE y la estación base, y las estaciones base recopilarán toda la información y decidirán si hay algo nuevo que hacer. La detección fina lleva más tiempo (aproximadamente 25 ms por canal o más) y se utiliza en función del resultado del mecanismo de detección rápida anterior.

Estos mecanismos de detección se utilizan principalmente para identificar si hay un transmisor existente y si es necesario evitar interferir con él.

Para realizar una detección confiable, en el modo de operación básico en una sola banda de frecuencia como se describió anteriormente (el modo "escuchar antes de hablar"), se deben asignar tiempos de silencio, en los que no se permite la transmisión de datos. Dicha interrupción periódica de la transmisión de datos podría perjudicar la calidad de servicio de los sistemas de radio cognitiva. Esta cuestión se aborda mediante un modo de operación alternativo propuesto en IEEE 802.22 llamado salto de frecuencia dinámico (DFH) ^[5] , donde la transmisión de datos de los sistemas WRAN se realiza en paralelo con la detección del espectro sin ninguna interrupción.

Sólo se admite el algoritmo de cifrado autenticado AES - GCM . ^[6]

Se debe utilizar EAP-TLS o EAP-TTLS para la autenticación y la derivación de claves de cifrado. ^{[7] [8]} IEEE 802.22 define un perfil de certificado X.509v3 que utiliza extensiones para la autenticación y autorización de dispositivos en función de información como el fabricante del dispositivo, la dirección MAC y el ID de la FCC (el certificado del fabricante/proveedor de servicios, el certificado CPE y el certificado BS, respectivamente). ^[9]

Esto podría permitir un tipo de bloqueo del cliente donde los proveedores de red rechazan el acceso a la red a dispositivos que no han sido examinados por los fabricantes elegidos por los proveedores de red (es decir, el dispositivo debe poseer una clave privada de un certificado X.509 con una cadena de confianza a una autoridad de certificación del fabricante (CA) que el proveedor de red aceptará), de forma similar al bloqueo de SIM en las redes celulares modernas y los "probadores de certificación" DOCSIS en las redes de cable .

Además de 802.22, el IEEE ha estandarizado otro estándar de radio cognitiva de espacio en blanco, 802.11af . ^[10] Si bien 802.22 es un estándar de red de área regional inalámbrica (WRAN), para rangos de hasta 100 km, ^{[10] [11]} 802.11af es un estándar de LAN inalámbrica diseñado para rangos de hasta 1 km. La coexistencia entre los estándares 802.22 y 802.11af se puede implementar de manera centralizada o distribuida ^[12] y en base a varias técnicas de coexistencia. ^[13]

• IEEE 802.11af , un estándar para redes LAN inalámbricas en espacios en blanco de TV
• Base de datos de geolocalización
• ¿Cómo se realiza la detección del espectro?