IEEE 802.22

IEEE 802.22 es un estándar para redes de área regional inalámbricas (WRAN) que utiliza espacios blancos en el espectro de frecuencias de televisión (TV). ^{[ 1 ]} El desarrollo del estándar IEEE 802.22 WRAN tiene como objetivo utilizar técnicas de radio cognitiva (CR) para permitir el uso compartido del espectro geográficamente no utilizado asignado al servicio de transmisión de televisión, de forma no intrusiva, para brindar acceso de banda ancha a áreas de difícil acceso y baja densidad de población, 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 CR para el uso oportunista de bandas de TV de forma no intrusiva.

Las redes de acceso inalámbrico (WRAN) IEEE 802.22 están diseñadas para operar en las bandas de transmisión de televisión, garantizando que no se produzcan interferencias perjudiciales para la operación en curso: transmisión de televisión digital y analógica, y dispositivos con licencia de baja potencia, como micrófonos inalámbricos. ^{[ 3 ]} Se esperaba que el estándar se finalizara 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 dañinas 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 ]} El Grupo de Trabajo IEEE 802.22 es un grupo de trabajo del comité de estándares IEEE 802 LAN/MAN que fue encargado de redactar el estándar 802.22. Los dos grupos de trabajo 802.22 (TG1 y TG2) están redactando 802.22.1 y 802.22.2 respectivamente.

En respuesta a un aviso de propuesta de reglamentación (NPRM) emitido por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. 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: Especificaciones de control de acceso al medio ( MAC ) y capa física ( PHY ) de RAN inalámbrica cognitiva : Políticas y procedimientos para operar en las bandas de TV se centró en construir 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, impulsó un enfoque centralizado para la detección del espectro disponible. Específicamente, cada estación base (BS) estaría equipada con un receptor GPS que permitiría reportar su posición. Esta información se enviaría a servidores centralizados (en EE. UU., administrados por la FCC), que responderían con información sobre los canales de televisión libres disponibles y las bandas de guarda en el área de la BS. Otras propuestas permitirían únicamente la detección local del espectro, donde la BS decidiría por sí misma qué canales están disponibles para la comunicación. También se contempla una combinación de ambos enfoques. Los dispositivos que operarían en la banda blanca 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 comunicarían con la base de datos central para identificar otros transmisores en el área que operan 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 potencia.

Los borradores iniciales del estándar 802.22 especifican que la red debe operar punto a multipunto ( P2MP ). El sistema estará formado por estaciones base (BS) y equipos de cliente (CPE). Los CPE se conectarán a una BS mediante 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 su capacidad de detección cognitiva . Esto significa que los CPE detectarán el espectro y enviarán informes periódicos a la estación base informándole sobre sus observaciones. Con la información recopilada, la estación base evaluará si es necesario cambiar el canal utilizado o, por el contrario, si debe seguir transmitiendo y recibiendo en el mismo.

La capa PHY debe ser capaz de adaptarse a diferentes condiciones y también debe ser flexible para saltar de un canal a otro sin errores en la transmisión ni pérdida de clientes (CPE). 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 los enlaces ascendentes y descendentes. Con OFDMA será posible lograr esta rápida adaptación necesaria para las estaciones base y los CPE. Al usar solo un 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 función de agregación de canales resuelve este problema. La agregación de canales consiste en usar más de un canal para Tx/Rx. Esto permite que el sistema tenga un mayor ancho de banda, lo que se reflejará en un mejor rendimiento del sistema.

Esta capa se basará en tecnología de radio cognitiva . Además, deberá adaptarse dinámicamente a los cambios del entorno mediante la detección del espectro. La capa MAC constará de dos estructuras: trama y supertrama. Una supertrama estará formada por varias tramas. La supertrama tendrá una cabecera de control (SCH) y un preámbulo. Estos serán enviados por la estación base (BS) en todos los canales que sea posible transmitir sin causar interferencias. Cuando se enciende un equipo de cliente (CPE), este detectará el espectro, identificará los canales disponibles y recibirá toda la información necesaria para conectarse a la estación base.

El CPE realizará dos tipos diferentes de medición de espectro: dentro de banda y fuera de banda . La medición dentro de banda consiste en detectar el canal real que están utilizando la BS 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 las mediciones dentro de 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 BS, y la BS recopilará toda la información y decidirá si hay algo nuevo que hacer. La detección fina requiere 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 en funcionamiento y si es necesario evitar interferir con él.

Para realizar una detección fiable, en el modo de operación básico en una única banda de frecuencia, como se describió anteriormente (el modo "escuchar antes de hablar"), es necesario asignar periodos de silencio en los que no se permite la transmisión de datos. Esta interrupción periódica de la transmisión de datos podría perjudicar la calidad de servicio (QoS) de los sistemas de radio cognitiva. Este problema se aborda mediante un modo de operación alternativo propuesto en IEEE 802.22, denominado salto de frecuencia dinámico (DFH) ^{[ 5 ],} en el que la transmisión de datos de los sistemas WRAN se realiza en paralelo con la detección del espectro sin ninguna interrupción.

Solo se admite el algoritmo de cifrado autenticado AES - GCM . ^{[ 6 ]}

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

Esto podría dar lugar a una especie de dependencia del cliente en la que los proveedores de red deniegan el acceso a la red a los dispositivos que no hayan sido verificados 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 hasta una autoridad de certificación (CA) del fabricante que el proveedor de red acepte), de forma similar al bloqueo de la tarjeta SIM en las redes celulares modernas y a 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 ]} Mientras que 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 puede implementarse de manera centralizada o distribuida ^{[ 12 ]} y basándose en varias técnicas de coexistencia. ^{[ 13 ]}

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