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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO POLO DIDATTICO E DI RICERCA DI CREMA Sistemi wireless a larga banda di futura generazione: WiMAX Prof. Giovanni Rapacioli Alberto Braghieri Luca Uberti Foppa Massimo Manara Gennaio 2007

2 Overwiew Cosa è WiMAX? WiMAX: fisso e/o mobile Vantaggi - WiMAX Architetture possibili WiMAX, WiFi, UMTS La sicurezza nello std Caso di Studio Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 2 / 38

3 Cosa è WiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access IEEE WiMAX Forum (Intel... ) MAN Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 3 / 38

4 Cosa è WiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access IEEE WiMAX Forum (Intel... ) MAN Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 3 / 38

5 Cosa è WiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access IEEE WiMAX Forum (Intel... ) MAN Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 3 / 38

6 Cosa è WiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access IEEE WiMAX Forum (Intel... ) MAN Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 3 / 38

7 Dove si colloca rispetto alle altre tecnologie Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 4 / 38

8 WiMAX: fisso e/o mobile WiMAX fisso: complementare al xdsl servizi a banda larga in posti remoti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 5 / 38

9 WiMAX: fisso e/o mobile WiMAX fisso: complementare al xdsl servizi a banda larga in posti remoti WiMAX mobile: un WiFi con più ampia copertura e sicurezza UMTS ottimizzato e con maggiore capacità vs HSDPA e 4G osteggiato da molti operatori mobili Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 5 / 38

10 vs e Più di 100 Km/h Più di 50 Km 150 feet 50 m Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 6 / 38

11 Vantaggi Rapidità d installazione Throughput fino a 70 Mbps (NLOS, 2-11 GHz)... Collegamenti oltre 50 Km Alta utilizzazione dello spettro Ultimo miglio wireless Supporta la Qualità del Servizio per voce e video (QoS) Interoperabilità (LLC: Logical Link Control - IEEE 802.2) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 7 / 38

12 Rapidità di installazione WiMAX tower copertura (8.000 km 2 ) WiMAX receiver Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 8 / 38

13 LOS/NLOS LOS - Line of Sight almeno il 60% della zona di Fresnel libera NLOS - Non Line of Sight il segnale raggiunge la destinazione attraverso rifrazioni, diffrazioni e scattering Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 9 / 38

14 LOS/NLOS LOS - Line of Sight almeno il 60% della zona di Fresnel libera NLOS - Non Line of Sight il segnale raggiunge la destinazione attraverso rifrazioni, diffrazioni e scattering Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 9 / 38

15 Soluzione problematiche LOS/NLOS Tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Antenne direttive Modulazione adattativa Tecniche di correzione d errore Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 10 / 38

16 OFDM Tecnologia di trasmissione di tipo multicarrier Flusso di dati trasmesso su un numero n di sotto portanti a banda stretta e basso rate Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 11 / 38

17 OFDMA Tecnica di accesso multiplo a divisione di frequenza In combinazione con TDMA (Time division multiple access) n sottoportanti ripartite in n sottocanali ogni sottocanale utilizza n sottoportanti e diversi sottocanali utilizzati in tempi diversi da utenti diversi TDMA: multiplazione numerica dove la condivisione del canale è realizzata mediante ripartizione del tempo di accesso da parte di utenti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 12 / 38

18 Modulazione adattativa (1/2) Le modulazioni possono essere di 4 tipi; in correlazione con il numero di bit necessari per la codifica del simbolo Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 13 / 38

19 Modulazione adattativa (2/2) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 14 / 38

20 Modalità di utilizzo del canale - TDD o FDD? In relazione alle licenze Banda di frequenza non licenziata: Time Division Duplex (TDD) Banda di frequenza licenziata: sia la tecnica del Time Division Duplex (TDD) che quella del Frequency Division Duplex (FDD) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 15 / 38

21 Spettro Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 16 / 38

22 QoS I parametri caratteristici di ogni servizio e che necessitano di particolare attenzione sono: Throughput Delay Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 17 / 38

23 Architetture possibili Il protocollo è stato progettato per realizzare diverse architetture: Backhaul collegamenti Punto-Punto Ultimo miglio collegamenti Punto-Multipunto Accesso in aree di copertura estesa con soluzioni e rev. e Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 18 / 38

24 Architetture possibili Il protocollo è stato progettato per realizzare diverse architetture: Backhaul collegamenti Punto-Punto Ultimo miglio collegamenti Punto-Multipunto Accesso in aree di copertura estesa con soluzioni e rev. e Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 18 / 38

25 Architetture possibili Il protocollo è stato progettato per realizzare diverse architetture: Backhaul collegamenti Punto-Punto Ultimo miglio collegamenti Punto-Multipunto Accesso in aree di copertura estesa con soluzioni e rev. e Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 18 / 38

26 Esempi architetture possibili Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 19 / 38

27 WiMAX vs. (WiFi && UMTS) Caratteristica WiFi UMTS WiMAX Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 20 / 38

28 WiMAX vs. (WiFi && UMTS) Caratteristica WiFi UMTS WiMAX Crittazione SI (wep) SI SI Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 20 / 38

29 WiMAX vs. (WiFi && UMTS) Caratteristica WiFi UMTS WiMAX Crittazione SI (wep) SI SI Velocità 54 Mbits/s 1920 kbit/s 70 Mbits/s Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 20 / 38

30 WiMAX vs. (WiFi && UMTS) Caratteristica WiFi UMTS WiMAX Crittazione SI (wep) SI SI Velocità 54 Mbits/s 1920 kbit/s 70 Mbits/s Distanza 30 m 400 m 50 Km Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 20 / 38

31 WiMAX vs. (WiFi && UMTS) Caratteristica WiFi UMTS WiMAX Crittazione SI (wep) SI SI Velocità 54 Mbits/s 1920 kbit/s 70 Mbits/s Distanza 30 m 400 m 50 Km Solidità (1-3) WiFi: g Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 20 / 38

32 La sicurezza nello std contiene un layer di sicurezza basato su PKMv1 PKMv1 opera secondo i seguenti concetti: 1. autenticazione di dispositivo (X.509, indirizzo MAC) 2. fase network entry: la BS riconosce se il MAC address è autorizzato 3. l utente riceve i servizi per cui il suo terminale è autorizzato 4. il certificato X.509 contiene una coppia di chiavi RSA grazie alle quali viene cifrato il traffico utente (DES - 3DES - AES) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 21 / 38

33 La sicurezza nello std contiene un layer di sicurezza basato su PKMv1 PKMv1 opera secondo i seguenti concetti: 1. autenticazione di dispositivo (X.509, indirizzo MAC) 2. fase network entry: la BS riconosce se il MAC address è autorizzato 3. l utente riceve i servizi per cui il suo terminale è autorizzato 4. il certificato X.509 contiene una coppia di chiavi RSA grazie alle quali viene cifrato il traffico utente (DES - 3DES - AES) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 21 / 38

34 La sicurezza nello std contiene un layer di sicurezza basato su PKMv1 PKMv1 opera secondo i seguenti concetti: 1. autenticazione di dispositivo (X.509, indirizzo MAC) 2. fase network entry: la BS riconosce se il MAC address è autorizzato 3. l utente riceve i servizi per cui il suo terminale è autorizzato 4. il certificato X.509 contiene una coppia di chiavi RSA grazie alle quali viene cifrato il traffico utente (DES - 3DES - AES) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 21 / 38

35 La sicurezza nello std contiene un layer di sicurezza basato su PKMv1 PKMv1 opera secondo i seguenti concetti: 1. autenticazione di dispositivo (X.509, indirizzo MAC) 2. fase network entry: la BS riconosce se il MAC address è autorizzato 3. l utente riceve i servizi per cui il suo terminale è autorizzato 4. il certificato X.509 contiene una coppia di chiavi RSA grazie alle quali viene cifrato il traffico utente (DES - 3DES - AES) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 21 / 38

36 La sicurezza nello std contiene un layer di sicurezza basato su PKMv1 PKMv1 opera secondo i seguenti concetti: 1. autenticazione di dispositivo (X.509, indirizzo MAC) 2. fase network entry: la BS riconosce se il MAC address è autorizzato 3. l utente riceve i servizi per cui il suo terminale è autorizzato 4. il certificato X.509 contiene una coppia di chiavi RSA grazie alle quali viene cifrato il traffico utente (DES - 3DES - AES) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 21 / 38

37 La sicurezza nello std contiene un layer di sicurezza basato su PKMv1 PKMv1 opera secondo i seguenti concetti: 1. autenticazione di dispositivo (X.509, indirizzo MAC) 2. fase network entry: la BS riconosce se il MAC address è autorizzato 3. l utente riceve i servizi per cui il suo terminale è autorizzato 4. il certificato X.509 contiene una coppia di chiavi RSA grazie alle quali viene cifrato il traffico utente (DES - 3DES - AES) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 21 / 38

38 802-16e e-2005 introduce il PKMv2 Vantaggi PKMv2: 1. autenticazione flessibile e aperta 2. supporta SIM, password, token autenticazione basata sul modello a 3 parti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 22 / 38

39 802-16e e-2005 introduce il PKMv2 Vantaggi PKMv2: 1. autenticazione flessibile e aperta 2. supporta SIM, password, token autenticazione basata sul modello a 3 parti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 22 / 38

40 802-16e e-2005 introduce il PKMv2 Vantaggi PKMv2: 1. autenticazione flessibile e aperta 2. supporta SIM, password, token autenticazione basata sul modello a 3 parti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 22 / 38

41 802-16e e-2005 introduce il PKMv2 Vantaggi PKMv2: 1. autenticazione flessibile e aperta 2. supporta SIM, password, token autenticazione basata sul modello a 3 parti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 22 / 38

42 802-16e e-2005 introduce il PKMv2 Vantaggi PKMv2: 1. autenticazione flessibile e aperta 2. supporta SIM, password, token autenticazione basata sul modello a 3 parti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 22 / 38

43 Architettura del modello a Tre Parti (1/2) Supplicant Peer: entità che richiede l accesso alla rete Authentication Server: entità che autentica il Supplicante Authenticator: entità che fa da tramite tra Supplicante Authentication Server Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 23 / 38

44 Architettura del modello a Tre Parti (1/2) Supplicant Peer: entità che richiede l accesso alla rete Authentication Server: entità che autentica il Supplicante Authenticator: entità che fa da tramite tra Supplicante Authentication Server Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 23 / 38

45 Architettura del modello a Tre Parti (1/2) Supplicant Peer: entità che richiede l accesso alla rete Authentication Server: entità che autentica il Supplicante Authenticator: entità che fa da tramite tra Supplicante Authentication Server Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 23 / 38

46 Architettura del modello a Tre Parti (2/2) Originaramente definito da IEEE 802.1x con riferimento a EAP (Extensible Authentication Protocol) RFC 3748 Wireless LAN: EAP over 802.1x tra Supplicant e Authenticator EAP over RADIUS (RFC 3579) PKMv2 è ispirato al modello 3 parti. Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 24 / 38

47 PKMv2 PKMv2 rispecchia il modello a 3 parti: IEEE Terminal Station (Supplicant) IEEE Base Station o ASN GW (Authenticator) AAA Server (Authentication Server) EAP over PKMv2 tra Terminale e BS EAP over RADIUS utilizzato tra Base Station e AAA Server Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 25 / 38

48 Modello a tre parti e PKMv2 Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 26 / 38

49 Metodi EAP IEEE suggerisce alcuni metodi EAP come: AKA (Authentication and Key Agreement) (WiFi/Mobile Networks/WiMAX) basato su un segreto precondiviso PSK (Pre-Shared Key) non completamente standardizzato ma ritenuto molto interessante EAP TTLS Segue le specifiche della RFC 4017 in corso di definizione Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 27 / 38

50 Caso di Studio Italia: Arezzo Tunisia Giappone Londra Germania Malasya cellulare WiMAX (consumer)... Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 28 / 38

51 Arezzo (1/2) è prossima una società che vede l individuo permanentemente connesso alla rete, che attraverso di essa interagisce ed opera, giungendo così all attesa società dell ubiquità. Luigi Lucherini, sindaco di Arezzo Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 29 / 38

52 Arezzo (1/2) è prossima una società che vede l individuo permanentemente connesso alla rete, che attraverso di essa interagisce ed opera, giungendo così all attesa società dell ubiquità. Luigi Lucherini, sindaco di Arezzo apparati WiMAX forniti da Alcatel collegamento a larga banda (10 Mbps) PMI e PA Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 29 / 38

53 Arezzo (2/2) Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 30 / 38

54 Tunisia (1/2) ASSOMAX compliant Dati del test: Distanza BS SP: 5 km Modulazione impiegata: 16QAM Tecnica Duplexing: TDD (Time Division Duplex) Up line del sistema: 3 giorni Frequenza impiegata: 3,5GHz Tipo di collegamento: Punto a punto Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 31 / 38

55 Tunisia (2/2) Ultimo miglio: ambiente SUBURBANO/RURALE densità di dati da 2 a 7 Mps per Kmq celle suburbane disposte in circa 1,5 Km fino a 3,5 Km di raggio Ultimo miglio: ambiente URBANO grande densità di dati: da 10 a 40 Mps per Kmq celle urbane disposte in circa 500mt fino a 1,5 Km di raggio rapidità di realizzazioni di reti Urbane, suburbane e rurali ottima qualità di servizio e affidabilità Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 32 / 38

56 Malasya - Germania il governo malese riapre alla connettività wireless che potrà coprire il paese in broad band la Malaysia potrebbe arrivare prima di molti altri paesi al WiMax il Governo ha messo in cantiere il rilascio di quattro licenze che verranno poste all asta tra gli operatori Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 33 / 38

57 Malasya - Germania il governo malese riapre alla connettività wireless che potrà coprire il paese in broad band la Malaysia potrebbe arrivare prima di molti altri paesi al WiMax il Governo ha messo in cantiere il rilascio di quattro licenze che verranno poste all asta tra gli operatori Monaco (Germania): in Dicembre l asta federale ha assegnato quattro licenze per operare sul territorio con reti WiMax Dagli operatori concessionari ci si aspetta la copertura, entro il 2009, di almeno il 15% dei centri localizzati nei lander in cui sono presenti Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 33 / 38

58 Samsung comunica con WiMax (SPH-P9000) sfruttare le possibilità offerte dal WiMAX 500 grammi CPU 1 GHz 30 GB HD 3G, Bluetooth e WiMax - videocamera da 1,3 magapixel Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 34 / 38

59 Il WiMAX entra nel nuovo LG Hong Kong - Il WiMax italiano si avvicina, ma in Oriente, compare KC1 KC1 supporta WiMax e CDMA-EVDO - l interfaccia utente sarà quella di Windows Mobile 5.0 3G, Bluetooth e WiMax Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 35 / 38

60 Aziende coinvolte nell indotto WiMAX British Telecom China Motion Telecom Deutsche Telekom France Telecom Portugal Telecom... Fujitsu Intel Corporation Lucent Technologies Motorola Nokia Cisco Systems Dell Alcatel Alvarion AT&T SIAE Microelettronica (IT) Siemens... FONTE: Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 36 / 38

61 Oggi in Italia Accordo nel governo: parte il Wi-Max Raggiunto l accordo tra i ministeri di Difesa e Comunicazioni - 27/12/2006 Tlc: intesa su wi-max, entro giugno 2007 le prime licenze - 27/12/2006 Ordini d acquisto su Fastweb, l intesa wi-max sarà un toccasana - 28/12/2006 Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 37 / 38

62 Fine Questo progetto è stato realizzato dagli studenti: Alberto Braghieri Luca Uberti Foppa Massimo Manara Nell ambito del corso di Laboratorio di Reti tenuto dal Prof. Giovanni Rapacioli Alberto Braghieri - Luca Uberti Foppa - Massimo Manara Laboratorio di Reti 38 / 38

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