Seção: Banda Larga
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O que é?
O Wi-Fi Offload consiste numa nova geração de hotspots e tecnologias: Hotspot 2.0, EAP–SIM (Extensible Authentication Protocol – Subscriber Identity Module), EGAN (Enhanced Generic Access Network), IWLAN (Interworking Wireless LAN) e outras. Estas tecnologias permitem que os terminais móveis de forma transparente iniciem uma transferência entre uma rede móvel convencional e o Wi-Fi e vice-versa. O Wi-Fi Offload permite que o dispositivo móvel se conecte a rede da operadora ou ao Wi-Fi público com o processo de autenticação transparente ao usuário [8].
Esta solução irá criar novas oportunidades para as operadoras resolvendo as questões de tráfego em locais de elevado número de usuários e grandes eventos, recorrendo às bandas Wi-Fi, libertando assim o espectro das redes 3G e LTE e permitindo o desenvolvimento de novos serviços [8] [9].
A utilização do Wi-Fi Offload cria oportunidades de negócios para as operadoras, bem como, empresas que fornecem serviço de Wi-Fi, pois elas disponibilizam infraestrutura para situações de roaming de dispositivos móveis, e com isso conseguem garantir uma nova receita, resultante desta funcionalidade [10].
As redes Wi-Fi são implantadas com CAPEX (Capital Expenditure) e OPEX (Operational Expenditure) menores e possuem uma gestão espectral mais simples do que a das redes móveis LTE e 3G [10] [6].
Wi-Fi Offload nas Redes Celulares
O 3GPP (Third-Generation Partnership Project) padronizou a utilização do acesso Wi-Fi na rede móvel celular baseado na arquitetura EGAN, também conhecida como acoplamento rígido, ou na arquitetura IWLAN, chamada de acoplamento livre. O Wi-Fi Offload vem sendo referenciado como 4.5G, no contexto de redes celulares [7].
O processo de Offloading passou por três fases para alcançar os objetivos e as políticas de negócio para viabilidade da solução, conforme ilustra a figura 5.
Figura 5: Fases do Wi-Fi Offload12
Handover Vertical
O handover horizontal está no contexto de uma rede homogênea, onde um dispositivo móvel ao alterar a sua posição geográfica muda de ponto de conexão para garantir a qualidade de sinal, balanceamento de tráfego ou custos. O exemplo mais claro desta forma de handover é a mudança de célula no 3G/4G conhecido como Inter-RAT (Inter-Radio Access Technology) [12] [13].
Já o VHO (Handover vertical) no contexto de redes heterogêneas, está igualmente associado à mudança do ponto de conexão, ocorrendo igualmente por necessidade de balanceamento de tráfego, degradação de sinal ou custos. Um exemplo é uma conexão LTE migrando para uma Wi-Fi para compensar uma situação de congestionamento na rede móvel [12]. Os conceitos de handover vertical e horizontal são mostrados na figura 6 [12].
Figura 6: Conceito de Handover Vertical 12
Fases do VHO:
A figura 7 ilustra o processo de VHO:
Figura 7: 7. Algoritmo do Handover Vertical 12
Enhanced Generic Access Network
A arquitetura EGAN surgiu nas versões da 3GPP, após a liberação da arquitetura Generic Access Network (GAN). A EGAN foi liberada para abranger os protocolos de dados de pacotes 3G.
Na arquitetura EGAN a rede Wi-Fi fornece um acesso de rádio alternativo para o RAN (Radio Access Network) 3G padrão [7]
No núcleo da rede há um novo elemento gateway o EGANC (Enhanced Generic Access Network Controller), que é um ponto de terminação para um túnel IP, entre dispositivo móvel e a rede. Se o dispositivo móvel suporta o EGAN, ele será capaz de ter um acesso IP, podendo se conectar ao EGAN habilitado no núcleo da rede celular, utilizando o acesso Wi-Fi como uma rota para Internet [14].
Interworking Wireless Lan
IWLAN é uma solução de transferência de dados IPs entre o dispositivo móvel e o núcleo da rede da operadora móvel, através do acesso Wi-Fi. Um túnel dedicado VPN (Virtual Private Network) / IPsec (Internet Protocol Security) entre o dispositivo móvel e o servidor IWLAN do núcleo da rede do operador é estabelecido para fornecer ao usuário tanto acesso as aplicações Walled Garden, que é um ambiente que a operadora controla os sites de informações e Web, que o usuário é capaz de acessar, como também, a um gateway de acesso a rede pública da internet [16].
Os usuários IWLAN utilizam as informações do SIM Cards dos dispositivos para a autenticação e acesso as redes WLAN, para criar um túnel IP seguro entre o dispositivo móvel e o núcleo da rede da operadora, desta forma garante que a operadora está fornecendo serviços somente aos assinantes autenticados [8].
A arquitetura de uma rede IWLAN controlada pela operadora é ilustrada na figura 8.
Figura 8: Arquitetura IWLAN para acesso controlado 8
Tipos de Arquitetura
As arquiteturas para integração da rede Wi-Fi com a rede 3G/LTE foram padronizados pela 3GPP de duas formas:
Não Confiável – Sem Controle da Operadora
A especificação 3GPP TS 23.234 define a integração com o 3G não-confiável. No LTE esta especificação está no documento 3GPP TS 23.402, que se refere tanto ao acesso não confiável, quanto ao acesso confiável.
Os acessos não-confiáveis são todos os acessos Wi-Fi sem controle da operadora ou fornecimento suficiente de segurança, como autenticação ou criptografia [19].
A arquitetura de acesso não-confiável permite aos assinantes utilizarem quaisquer tipos de redes de acesso Wi-Fi que possam se conectar [8].
Na integração das redes Wi-Fi não-confiável com as redes de terceira geração de dispositivos móveis estabelece um túnel IP Seguro (IP-Security - IPsec) até o elemento TTG (Tunnel Teminating Gateway) que por sua vez realiza o envio de dados pelo túnel GTP (GPRS Tunneling Protocol) após o fechamento do túnel IPsec. O túnel GTP encaminha os dados até o Gateway de saída GGSN (Gateway GPRS Support Node) [3] [17] [18].
Nesta arquitetura quando o dispositivo móvel requisita acesso a rede externa é a ele alocado outro endereço IP. Sendo assim, não é possível acessar a rede da operadora e de um ponto de acesso Wi-Fi ao mesmo tempo. Ou seja, não é possível realizar o handover entre as tecnologias.
Um componente denominado HA (Home Agent) foi integrado ao GGSN no sistema e é responsável por ancorar o endereço IP atribuído em sua rede de origem. A figura 9 ilustra a estrutura da integração utilizando HÁ [17] [19].
Figura 9: Estrutura da integração utilizando HA 20
A integração das redes LTE com as redes Wi-Fi não-confiável se dá pelo elemento ePDG (evolved Packet Date Gateway), que é responsável por realizar a gerência de confiabilidade proposta pela operadora, atuando como um filtro firewall, e estabelecendo uma comunicação segura entre o dispositivo móvel e o EPC. A interface S2b, baseada no protocolo PMIPv6, é utilizada para criação do túnel IPSec, necessário no acesso não confiável.
A autenticação utilizada para redes LTE com redes Wi-Fi não confiável é a EAP-AKA (Extensible Authentication Protocol – Authentication and Key Agreement). A figura 10 ilustra a integração EPC e o Wi-Fi com acesso não confiável, utilizando o elemento ePDG [3].
Figura 10: Integração de redes LTE às redes Wi-Fi não confiável 20
Confiável – Com Controle da Operadora
O 3GPP descreve uma rede Wi-Fi confiável, como sendo implantada e gerenciada pela operadora [8].
Figura 11: Topologia da rede confiável 3GPP 8
As tecnologias 3G não foram desenvolvidas para integração não 3GPP, mas com o crescimento da implantação do LTE surgiram novas técnicas de implementação de integração. A principal técnica de integração desenvolvida foi à junção do núcleo da rede 3G, com o núcleo da rede EPC [20].
A integração das redes LTE às redes Wi-Fi só é possível através do núcleo EPC, que é o método de integração padronizado pelo 3GPP. Pode-se utilizar duas interfaces, a S2a e a S2c, que influenciam no processo de handover [16] [17].
Para o acesso confiável, a conexão IPsec não é mais necessária, assim sendo, a integração pode ser adquirida usando S2a para redes 2G/3G, e S2a existentes, para redes LTE [8] [17]. Como ilustrado na figura 11, a topologia de uma rede confiável 3GPP.
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