- Polis Educacional

Marcelo Tavella de Souza
0305162
Transmissão de Dados via Rede Sem Fio utilizando WiMAX
Jaguariúna
2006
Marcelo Tavella de Souza
0305162
Transmissão de Dados via Rede Sem Fio utilizando WiMAX
Monografia
apresentada
à
disciplina
Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso
de Ciência da Computação da Faculdade de
Jaguariúna, sob a orientação do Prof. Ms.
Fernando
Augusto
Zancheta,
como
exigência parcial para conclusão do curso
de graduação.
Jaguariúna
2006
Souza, Marcelo Tavella. Transmissão de Dados via Rede Sem Fio utilizando WiMAX.
Monografia defendida e aprovada na FAJ em 12 de dezembro de 2006 pela banca
examinadora constituída pelos professores:
___________________________________
Prof. Ms. Fernando Augusto Zancheta
FAJ – Orientador
__________________________________
Prof.
____________________________________
Prof.
Dedico este trabalho a três pessoas, as quais são as mais importantes de minha
vida: meu pai, Seu Toninho Polidoro, que infelizmente Deus não permitiu que ele
estivesse junto de nós para que eu pudesse compartilhar com ele este momento;
Minha mãe, Dona Thereza, que me concebeu, e que sempre que pode esteve
presente para que este sonho fosse realizado; Minha esposa, mulher, companheira,
amiga.... Andressa, que soube apoiar, ajudar, incentivar e muitas vezes me ensinar,
para que mais esta etapa de nossas vidas fosse superada com sucesso!
AGRADECIMENTOS
A Deus, por iluminar meu caminho e me guiar na direção correta, permitindo
que eu ultrapasse todos os obstáculos que se puseram diante de mim.
A minha esposa Andressa que sempre esteve ao meu lado, me incentivando,
colaborando, muitas vezes ensinando a desenvolver os trabalhos e sempre me
amando... meu agradecimento especial a você!
A minha família, que sempre acreditou em mim e me incentivando para que
não me deixasse abater.
Ao meu Orientador, Prof. Ms. Fernando Augusto Zancheta, por ter depositado
sua confiança em meu trabalho.
Aos mestres e a Faculdade de Jaguariúna pelos longos anos de ensinamento.
A todos os meus amigos que, de alguma forma, estiveram ao meu lado, me
ajudando e dando força para a conclusão deste curso.
Aos colegas de sala, pela oportunidade e confiança em poder trabalhar ao
lado de vocês nos trabalhos e projetos desenvolvidos.
A todos os colegas, com quem trabalhei muitos sábados e domingos pelo
projeto Escola da Família, o qual me permitiu custear meus estudos.
A todos que me ajudaram direta ou indiretamente, para a realização deste
trabalho.
"Procure ser uma pessoa de valor, em vez de procurar ser uma pessoa de sucesso. O
sucesso é conseqüência". (Albert Einstein).
Souza, Marcelo Tavella de. Transmissão de Dados via Rede Sem Fio utilizando WiMAX.
2006. Monografia (Bacharelado em Ciência da Computação) – Curso de Ciência da
Computação da Faculdade de Jaguariúna, Jaguariúna.
RESUMO
A necessidade de mobilidade com o uso de equipamentos de comunicação de
dados, utilizando uma rede de computadores sem fio, sempre foi um desejo dos usuários.
As redes WI-Fi surgiram e conseguiram iniciar a libertação do uso de fios na comunicação,
mas com um raio de alcance limitado e uma largura de banda pequena. Esse tipo de rede é
de grande utilização em empresas para uma conexão local.
Visando uma rede de maior dimensão, surgiram as redes metropolitanas, conhecidas
como WiMAX, a sua maior virtude é a conexão de pontos a longa distância e com taxas
superiores de largura de banda.
Estes dois tipos de redes não são concorrentes, ao contrário, elas se completam.
O objetivo deste trabalho é fazer uma comparação dos diferentes tipos de
comunicação de redes sem fio, utilizando o Wi-Fi (IEEE 802.11) e o WiMAX (IEEE 802.16),
mostrando que sua utilização destina-se para públicos distintos.
Palavras-chave: WIMAX, WI-FI, IEEE 802.16, IEEE 802.11, REDES SEM FIO, REDES
METROPOLITANAS, BANDA LARGA.
ABSTRACT
The necessity of mobility with data communication equipments, by wireless computer
network, always was a desire of the users. The Wi-Fi nets came out starting the use of
wireless machines to communicate, but within a limited band range. These two types of net
are widely used in companies for local connection.
Aiming a wide dimension net, the metropolitan nets raised, known as WiMAX, which
the best virtue is the connection of long distance points, with higher taxes of band ranges.
These two types of nets are not competitors, but complete each other.
The aim of this assignment is to compare the different types of wireless
communication net that uses Wi-Fi (IEEE 802.11) and WiMAX (IEEE 802.16), showing the
their use is designed for distinct users.
Key Words: WIMAX, WI-FI, IEEE 802.16, IEEE 802.11, WIRELESS NETWORKS,
METROPOLITAN NETWORKS, BROADBAND
SUMÁRIO
LISTAS DE SIGLAS _______________________________________________________10
LISTAS DE FIGURAS ______________________________________________________12
LISTA DE TABELAS _______________________________________________________14
1- INTRODUÇÃO _________________________________________________________15
1.2 – Perspectiva de contribuição __________________________________________17
1.3 - Metodologia _______________________________________________________17
1.4 - Estrutura do trabalho ________________________________________________17
2 - O ESPECTRO DE FREQÜÊNCIA ELETROMAGNÉTICO _______________________18
2.1 - Ondas de luz_______________________________________________________20
2.2 - Infravermelho ______________________________________________________21
2.3 - Microondas ________________________________________________________22
2.4 - Ondas de rádio _____________________________________________________23
3 - REDES SEM FIO WI – FI - PADRÃO IEEE 802.11X ___________________________26
3.1 - Métodos de modulação utilizados no padrão IEEE 802.11x __________________27
3.1.1 - FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum – Espectro de Dispersão de
Saltos de Freqüência) ______________________________________________________28
3.1.2 - DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum – Espectro de Dispersão de
Seqüência Direta) _________________________________________________________29
3.1.3 - IR - infravermelho _______________________________________________30
3.1.4 - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Multiplexação Orthogonal
por Divisão de Freqüência) __________________________________________________31
3.1.5 - HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum – Espectro de
Dispersão de Seqüência de Alta Velocidade) ____________________________________32
3.2 - Tipos de redes utilizando wireless padrão IEEE 802.11 a/b/g _________________32
3.2.1 - Rede local sem fio ad-hoc ________________________________________32
3.2.2 - Rede local sem fio cliente/servidor com ponto de acesso (ap) ____________33
3.2.3 - Rede local sem fio com múltiplos pontos de acesso e pontos de extensão __34
3.2.4 - Roaming ______________________________________________________35
3.2.5 - Rede local sem fio conectando redes locais fixas ______________________36
3.2.6 - Rede local sem fio com acesso à internet ____________________________37
3.2.7 - Rede local sem fio e fixa compartilhando o acesso à internet _____________38
3.3 - Exemplos de equipamentos Wi-Fi disponíveis no mercado ___________________39
4 - REDES SEM FIO WIMAX PADRÃO IEEE 802.16X ____________________________43
4.1 - Padrões IEEE 802.16x _______________________________________________45
4.1.1 - Padrão IEEE 802.16 _____________________________________________45
4.1.2 - Padrão IEEE 802.16a ____________________________________________45
4.1.3 - Padrão IEEE 802.16b e IEEE 802.16c _______________________________46
4.1.4 - Padrão IEEE 802.16 REVd ________________________________________46
4.1.5 - Padrão IEEE 802.16e ____________________________________________46
4.2 - Modulações________________________________________________________48
4.2.1 - BPSK (Binary Phase-Shift Keying) __________________________________49
4.2.2 - QPSK (Quadrature Phase Shift Keying - Chaveamento por Deslocamento de
Fase de Quadratura) _______________________________________________________50
4.2.3 - QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation - Modulação por Amplitude de
Quadratura) _____________________________________________________________51
4.2.4 - QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation - Modulação por amplitude de
quadratura) ______________________________________________________________51
4.2.5 - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Multiplexação Ortogonal
da Divisão de Freqüências) _________________________________________________52
4.2.6 - OFDMA (Access Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Acesso Múltiplo
por Divisão Ortogonal da Freqüência) _________________________________________53
4.2.7 - FDD e TDD ___________________________________________________54
4.3 - Acesso a uma rede WiMAX ___________________________________________55
4.3.1 - Equipamento para uma rede WiMAX ________________________________56
5 - COMPARANDO OS PADRÕES IEEE 802.11X(WIFI) VS. IEEE 802.16X(WIMAX) ____59
6 - CONCLUSÃO__________________________________________________________61
7 - TRABALHOS FUTUROS _________________________________________________63
BIBLIOGRAFIA ___________________________________________________________64
LISTAS DE SIGLAS
BPSK
- Binary Phase-Shift Keying
BWA
- Broadband Wireless Access
CSMA/CA
- Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
DFIR
- Diffused Infra-Red
DSL
- Digital Subscriber Line
DSSS
- Direct Sequence Spread Spectrum
ETSI
- European Telecommunications Standards Institute
FDD
- Frequency Division Duplexing
FCC
- Federal Communications Commission
FHSS
- Frequency Hopping Spread Spectrum
HR-DSSS
- High Rate Direct Sequence Spread Spectrum
HZ
- Hertz
IEEE
- Institute of Electrical and Electronics Engineers
IrDA
- Infrared Developers Association
ISM
- Industrial, Scientific, Medical
ISO
- International Standards Organization
ITU-R
- International Telecommunications Union – Radio Communications Sector
LAN
- Local Area Network
LMDS
- Local Multipoint Distribution System
LOS
- Line-of-sight
NLOS
- Non-line-of-sight
MAC
- Medium Access Control
MAN
- Metropolitan Area Network
MBWA
- Mobile Broadband Wireless Access
MIMO
- Multiple-Input Multiple-Output
OFDM
- Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PAN
- Personal Area Network
PMP
- Point-to-Multipoint
PPM
- Pulse Position Modulation
QAM
- Quadrature and Amplitude Modulation
QoS
- Quality of Service
QPSK
- Quadrature Phase Shift Keying
TDD
- Time Division Duplexing
WAN
- Wide Area Network
Wi-Fi
- Wireless Fidelity
WiMAX
- Wireless Interoperability for Microwave Access
WMAN
- Wireless Metropolitan Access Network
LISTAS DE FIGURAS
FIGURA 1: Representação gráfica dos padrões IEEE e seu similar no padrão ETSI. [INTEL
(2006)].
FIGURA 2: O espectro eletromagnético e suas divisões, [TANNENBAUM (2003)].
FIGURA 3: Transmissão infravermelha direta. [TORRES (2001)]
FIGURA 4: Transmissão infravermelha difusa. [TORRES (2001)]
FIGURA 5: Transmissão não-direcional. [TORRES (2001)]
FIGURA 6: Transmissão direcional. [TORRES (2001)]
FIGURA 7: Exemplo de funcionamento do método de transmissão CSMA/CA. [TORRES
(2001)]
FIGURA 8: Parte da pilha de protocolos do IEEE 802.11x. [TANNENBAUM (2003).]
FIGURA 9: Rede sem fio Ad-Hoc. [VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 10: Rede sem Fio Cliente/Servidor, utilizando ponto de acesso. [VICOMSOFT
(2006)]
FIGURA 11: Rede sem Fio Cliente/Servidor, utilizando software para haver a comunicação.
[VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 12: Rede Local sem Fio com Múltiplos Pontos de Acesso [VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 13: Rede Local sem Fio com Pontos de Extensão. [VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 14: Utilização do Roaming. [VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 15: Redes sem Fio conectando Redes Fixas. [VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 16: Utilização de antenas direcionais. apud [ZANETTI (2006)]
FIGURA 17: Rede sem Fio com Acesso à Internet, utilizando ponto de acesso.
[VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 18: Rede sem Fio com Acesso à Internet, utilizando computador para haver a
comunicação. [VICOMSOFT (2006)]
FIGURA 19: Redes sem Fio e Fixa Compartilhando o Acesso a Internet. [VICOMSOFT
(2006)]
FIGURA 20: Redes sem Fio e Fixa Compartilhando o Acesso a Internet. [VICOMSOFT
(2006)]
FIGURA 21: Exemplo do uso do Wi-Fi Outdoor. [INTEL (2006)]
FIGURA 22: Exemplo do uso do WiMAX. [INTEL (2006)]
FIGURA 23: Cenário do IEEE 802.16. [INTEL(2006)]
FIGURA 24: Cenários possíveis da utilização do WiMAX. [WiMAX Fórum (2006)]
FIGURA 25: Cenário do uso do WiMAX. [HOW STUFF WORKS (2006)]
FIGURA 26: Exemplos de modulação e tipos de portadoras. [CARLETI (2006)]
FIGURA 27: Exemplo do sinal da modulação BPSK e sua constelação. [CARLETI (2006)]
FIGURA 28: Exemplo do sinal da modulação QPSK e sua constelação. [CARLETI (2006)]
FIGURA 29: Exemplo de constelação da modulação QAM-16. [CARLETI (2006)]
FIGURA 30: Exemplo da constelação do QAM-64. [CS-CCSU (2006)]
FIGURA 31: Exemplo do OFDM utilizando 3 sub-portadoras [PINHEIRO (2005)]
FIGURA 32: Libra 5800 [MALIMA Tecnologia]
FIGURA 33: Exemplo da instalação do Libra 5800. [MALIMA Tecnologia (2004)]
FIGURA 34: Exemplo da utilização do Libra 5800. [INTEL (2006)]
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – Métodos de modulação no padrão 802.11
TABELA 2 - Mapeamento da Modulação PPM, utilizando 16-PPM. [CS-CCSU (2006)]
TABELA 3 - Mapeamento da Modulação PPM, utilizando 4PPM. [CS-CCSU (2006)]
TABELA 4 – Tabela comparativa da família de padrões IEEE 802.16x [Adaptado WiMAX
Fórum (2006)]
TABELA 5 - Tabela de comparação entre TDD e FDD. [INTEL (2006)]
TABELA 6 - Comparação resumida entre os padrões IEEE 802.11x e 802.16x. [Adaptado
WIMAX Fórum (2006)]
15
1 - INTRODUÇÃO
O mundo moderno exige cada vez mais que a comunicação melhore e diversifique
os métodos de transmissão da informação.
Um fator fundamental é a necessidade de comunicação entre empresas, usuários
residenciais, instituições de ensino e departamentos públicos. Essas comunicações muitas
vezes são feitas através de computadores, os quais podem estar interligados a uma rede
local.
Informações são transmitidas entre computadores por todo o globo terrestre
basicamente de três maneiras, pode ser através de cabos de cobre, por fibra ótica (nesse
caso utilizando a luz), ou ainda através de ondas eletromagnéticas, que são as transmissões
popularmente conhecidas como via rádio.
A transmissão de dados utilizando ondas eletromagnéticas usa como veículo o ar. A
necessidade de comunicação aliada a crescente necessidade de mobilidade faz com que
este tipo de transmissão seja considerado uma revolução nos conceitos de transmissão de
dados.
As redes locais sem fio permitem a intercomunicação entre usuários, rompendo o
paradigma da comunicação através de redes cabeadas. As redes sem fio têm muito a se
desenvolver ainda, pois a limitação da área de cobertura e sua baixa largura de banda é
uma questão a ser muito melhorada.
Estudos apontam que as WMAN (Wireless Metropolitan Access Network - Redes
Metropolitanas Sem Fio) podem ser uma solução alternativa para suprir problemas na
limitação da área de cobertura e sua baixa largura de banda. As WMAN são também
conhecidas por WiMAX (Wireless Interoperability for Microwave Access) e o seu padrão
802.16 é regulado pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), o qual é uma
marca de certificação para os produtos obedecerem as regras de conformidade e
interoperabilidade, da mesma forma que o Wi-Fi (Wireless Fidelity) é a marca de certificação
para o padrão IEEE 802.11.
O alcance do Wi-Fi é inferior ao WiMAX. Sendo que a área de cobertura do Wi-Fi é
medida em metros quadrados, já WiMAX sua área de cobertura é bem maior podendo ser
mensurado em quilômetros quadrados. Com isso, seu alcance, tem o potencial de permitir
que o sinal de banda larga chegue a lugares antes inacessíveis e que milhares de pessoas
podem ser atendidas em grandes centros urbanos.
Dependendo do tamanho da cidade, exemplo Campinas, um único ponto com uma
antena pode cobrir toda a área urbana de uma cidade, já que o Wimax pode oferecer
conexão de alta velocidade a uma distância de até 50 quilômetros de raio. O mesmo não
16
acontece na utilização de Wi-Fi, pois seu alcance em área aberta é de no máximo 300
metros de raio, nesse caso há a necessidade de vários pontos com antenas espalhadas
pela cidade.
O
WiMAX
tem
características
que
podem
revolucionar
as
formas
de
telecomunicações existentes, partindo desse conceito despertou a motivação para o estudo
dessa nova tecnologia. Esse novo modo de comunicação sem fio poderá ser muito usado
em todo o mundo, para transmissão de diversos tipos de informações, dados, voz e vídeo.
O instituto IEEE projetou o padrão 802.16 visando a cobertura de áreas antes
inatingíveis de acesso a banda larga. Por isso o WiMAX tem a capacidade de se sobre-sair
quando há limitações físicas impostas em redes cabeadas.
FIGURA 1: Representação gráfica dos padrões IEEE e seu similar no padrão ETSI.
[INTEL (2006)]
Existe uma hierarquia dentro dos padrões IEEE 802.1x de transmissão sem fio, onde
diferencial pode ser medido pelo alcance máximo do sinal e quantidades de usuários
conectados. As redes pessoais (PAN) têm como norma o padrão IEEE 802.15, conhecido
como BlueTooth, seu raio de alcance limita-se ao interior de uma sala. As redes locais (LAN)
têm como norma o padrão IEEE 802.11x, popularmente chamado de Wi-Fi, seu alcance é
um pouco maior, podendo alcançar centenas de metros quadrados. Já o padrão IEEE
802.16 baliza as redes metropolitanas (MAN), podendo alcançar um raio de até 50
quilômetros quadrados. Cada padrão atende a diferentes públicos e exigências.
17
1.2 - Perspectiva de contribuição
Neste trabalho foi feita uma comparação dos dois padrões aprovados pelo IEEE, que
são utilizados para comunicação de redes sem fio, Wi-Fi (IEEE 802.11) e o WiMAX (IEEE
802.16), mostrando que sua utilização destina-se para aplicações diferentes, e que eles não
são concorrentes, mas se completam.
Para comparar os padrões, foi feita uma explanação sobre seus métodos de
modulação, a faixa de espectro de freqüência utilizada e seu possível raio de alcance do
sinal.
Para ilustrar, são apresentados alguns cenários de utilização dos padrões, e também
alguns equipamentos que estão disponíveis para aquisição no mercado.
Este trabalho auxilia as pessoas que desejam instalar uma rede sem fio ou um
provedor de internet, na escolha entre os dois padrões apresentados.
1.3 – Metodologia
Este trabalho é um estudo dos diferentes tipos de comunicação sem fio existente no
mercado, comparando-os entre as redes locais sem fio, WLAN, Wi-Fi e as redes
metropolitanas sem fio, WMAN, WiMAX.
1.4 - Estrutura do trabalho
O Capitulo 1 é uma abordagem geral sobre o tema a ser tratado, rede de
transmissão sem fio, em especial, WiMAX.
No Capitulo 2 o Espectro de Freqüência Eletromagnético é descrito.
No Capitulo 3 destinado a explicar o Padrão IEEE 802.11x.
Já o Capítulo 4 está sendo descritos a família do padrão 802.16.
O Capitulo 5 é mostrada uma comparação entre as redes WI-FI e WiMAX.
No Capítulo 6, uma rápida conclusão sobre o estudo de Wireless.
Por fim no Capítulo 7 apresento uma sugestão para estudos futuros da tecnologia de
transmissão de dados sem fio.
18
2 – O ESPECTRO DE FREQÜÊNCIA ELETROMAGNÉTICO
Quando se movem, os elétrons criam ondas eletromagnéticas que podem se
propagar pelo espaço livre (até mesmo no vácuo). Essas ondas foram previstas pelo físico
inglês James Clerk Maxwell em 1865 e foram observadas pela primeira vez pelo físico
alemão Heinrich Hertz em 1887. O número de oscilações por segundo de uma onda
eletromagnética é chamado freqüência, f, e é medido em Hz (homenagem a Heinrich Hertz).
”A distância entre dois pontos máximos (ou mínimos) consecutivos é chamado de
comprimento de onda, designado pela letra grega
(lambda)” (TANEMBAUM, 2003).
Ondas eletromagnéticas podem ser transmitidas e recebidas com eficiência por
antenas conectadas em um circuito elétrico. Toda comunicação é baseada neste princípio.
TANEMBAUM (2003) diz que todas as ondas eletromagnéticas trafegam em uma
mesma velocidade, quando o meio for o vácuo, independente de qual freqüência esteja
utilizando, geralmente chamada de velocidade da luz (c), que é de aproximadamente
300.000.000 metros por segundo. Essa velocidade cai quando utilizado outro tipo de mídia,
no caso o cobre ou fibra, para cerca de 2/3 do valor apresentado, e a freqüência utilizada
neste caso é um fator a ser considerado. Tem como limite máximo de velocidade a
velocidade da luz. Nenhum objeto ou sinal pode se mover mais rápido.
A relação fundamental entre f,
e c(no vácuo) é: f=c.
Onde:
c = 300.000.000 ou 3 x 108;
f = freqüência;
= comprimento de onda.
A figura 2 abaixo, mostra o espectro eletromagnético. As partes onde a freqüência é
mais baixa que a faixa de ondas de luz visível é freqüências que podem ser utilizadas para
transmitir informações, entre elas, ondas longas de rádio, AM, FM, TV, Microondas e
Infravermelho.
Segundo TANEMBAUM (2003), as ondas cujas freqüências são acima da luz visível,
Ultravioleta, Raios-X e Raios Gama, poderiam ser até melhor para a transmissão de dados,
porém são difíceis de serem produzidas e moduladas, não se propagam bem através de
objetos, além de serem ondas perigosas para seres vivos.
19
FIGURA 2: O espectro eletromagnético e suas divisões, TANNENBAUM (2003).
Conforme TANEMBAUM (2003), as bandas ou faixas mostradas na figura (LF, MF,
HF, VHF, UHF, SHF, EHF e THF) são abreviaturas de palavras em inglês utilizadas para
classificar sua faixa de freqüência, são baseados no tamanho das ondas. A letra F significa
freqüência, L low (baixa), M médium (média), H high (alta). Na época que estes nomes
foram escolhidos, os físicos não imaginavam alcançar freqüências acima de 10 MHz.
Quando isto aconteceu, outros nomes foram criados para poder classificar as novas faixas
de freqüências, são elas:
•
V very (muito);
•
U ultra (ultra);
•
S super (super);
•
E extremely (extremamente);
•
T tremendously (tremendamente).
Estes nomes atribuídos a essas diversas regiões do espectro são relacionados
apenas com o modo como as ondas são produzidas ou observadas, eles não têm nenhuma
relação com qualquer propriedade fundamental das ondas.
Não há espaços vazios no espectro, ou seja, lugares onde não haja ondas. Também
não há limites específicos nítidos entre as várias faixas.
Segundo TANEMBAUM (2003), o volume de informações que uma onda
eletromagnética é capaz de transportar está diretamente relacionado à sua largura de
banda. Com a tecnologia atual, é possível codificar alguns bits por Hertz em freqüências
baixas; no entanto comumente esse número pode chegar a 8 em altas freqüências; assim
20
um cabo coaxial com uma largura de 750 MHz pode transportar diversos gigabits por
segundo.
TANEMBAUM (2003) descreve que a capacidade de transmissão de dados está
diretamente relacionada ao tamanho da freqüência utilizada. Baseado nesta afirmação é
normal se esperar que todos desejem utilizar faixas de altas freqüências para realizar suas
transmissões. Existem órgãos e acordos nacionais e internacionais que controlam a
alocação dessas faixas a fim de evitar colisões de sinais. Nos Estados Unidos a FCC
(Federal Communications Commission) aloca os espectros para rádios AM e FM, televisão,
telefones celulares, etc. No Brasil este controle é feito pela ANATEL. Por fim,
regulamentando todas estas organizações, existe a ITU-R (Intenational Telecommunication
Union – Radiocommunication Sector).
Neste trabalho de pesquisa estão sendo abordadas as freqüências de ondas de
valores inferiores da luz visível.
2.1 – Ondas de luz
Os seres humanos são dotados de receptores, nossos olhos, sensível à radiação
eletromagnética. HALLIDAY (1996) descreve que a região visível do espectro é uma
pequena faixa aonde os limites de comprimento de onda vão de cerca de 400 nm, violeta,
até 700 nm, o vermelho.
Conectar duas LANs em prédio diferentes é possível utilizando ondas de luz. Quando
se utiliza o laser para essa finalidade, o seu transmissor e seu receptor foto-sensor devem
estar perfeitamente alinhados e sem obstáculos entre si.
Descrito por TANEMBAUM (2003), esse tipo de transmissão oferece uma largura de
banda muito alta a um custo muito baixo. Ao contrário das microondas, não precisa de uma
licença para a sua operação.
Segundo TANEMBAUM (2003), pelo motivo que seu feixe de raios laser serem muito
estreito, quanto mais longe aumenta a distância entre o transmissor e receptor, mais difícil é
o alinhamento de ambos, geralmente são instaladas lentes para desfocar ligeiramente o
feixe.
Para TORRES (2001), a grande desvantagem desse tipo de onda é não transpor
objetos sólidos, inclusive não consegue atravessar a chuva e nuvens largas. O seu
funcionamento é perfeito em dias ensolarados.
21
2.2 – Infravermelho
A radiação infravermelha, segundo HALLIDAY (1996), possui comprimentos de onda
maiores do que os da luz visível, na faixa de 0.7 m cerca de 1 mm.
Descrito por TANEMBAUM (2003) que, esta faixa de freqüência é muito utilizada
para comunicação de curto alcance. Os dispositivos de controle remoto dos televisores,
videocassetes, aparelho de som, aparelhos de DVDs, entre outros, são exemplos do uso da
faixa de freqüência do Infravermelho.
O infravermelho é relativamente direcional, barato e fácil de obter este sinal, ele tem
a propriedade que não consegue transpor obstáculos que estiverem entre o transmissor e
receptor.
Segundo TANEMBAUM (2003), para esse tipo de comunicação o fato de não
transpor objetos sólidos pode ser considerado como uma vantagem e não desvantagem. O
fato de que seu alcance é curto não o impede de ser utilizado em redes de computadores,
Podendo haver duas redes distintas em salas separadas dentro de uma mesma empresa
utilizando o infravermelho para se conectarem.
Conforme TANEMBAUM (2003), a segurança é um ponto forte, pois como o sinal
não transpõe o ambiente que estiver sendo feita a transmissão não há a possibilidade de
que algum tipo de espionagem seja feita, acarretando no vazamento de informações. Neste
quesito as transmissões que utilizam infravermelho são mais seguras que as transmissões
de rádio.
TANEMBAUM (2003), diz que a interferência entre sistemas que utilizam
infravermelhos é bastante baixa, não sendo necessário nenhuma licença do governo para
operar nessa faixa de transmissão. Ao contrário das transmissões via rádio, que devem ser
licenciados fora das bandas ISM.
Conforme TORRES (2001), existem dois métodos que são utilizados na transmissão
por infravermelho, transmissão direta e a transmissão difusa. Estes dois métodos podem ser
analogamente comparados com a transmissão direcional e a transmissão não-direcional de
ondas de rádio.
Para TORRES (2001), a transmissão direta os dispositivos transmissores e
receptores possuem um ângulo de abertura muito pequeno, então a necessidade de que
estejam alinhados para conseguirem a comunicação.
22
FIGURA 3: Transmissão infravermelha direta. [TORRES (2001)]
Segundo TORRES (2001), no caso da transmissão difusa os sinais são enviados em
todas as direções. Utilizando a transmissão difusa a taxa de transmissão alcançada será
menor que a transmissão direta.
FIGURA 4: Transmissão infravermelha difusa. [TORRES (2001)]
2.3 – Microondas
Conforme HALLIDAY (1996), iniciando em 100 MHz e finalizando em não mais que
100 GHz, temos a faixa das microondas. Podem ser consideradas como ondas curtas de
rádio. Seu comprimento típico está entre 1 mm e 1m.
23
O sinal gerado por uma antena de microondas trafega em linha reta, isto é, em uma
única direção, para haver a comunicação os transmissores e receptores necessitam estar
alinhados fisicamente.
Segundo TANEMBAUM (2003), dependendo da distância entre o transmissor e
receptor, haverá a necessidade de utilizar repetidores de sinal entre eles.
As microondas operam em baixas freqüências, isto quer dizer que não conseguem
ultrapassar obstáculos facilmente, pois uma microonda de baixa freqüência possui uma
freqüência maior que uma onda de rádio de alta freqüência.
Conforme TANEMBAUM (2003) é sabido que quanto mais alta a freqüência que está
sendo utilizada mais ela se comporta como luz que como ondas de rádio. Por isso a
dificuldade de transpor obstáculos.
Segundo TANEMBAUM (2003), com as novas tecnologias a demanda pelo espectro
aumentou, permitindo que transmissões utilizem freqüências cada vez mais altas. Como que
nessa faixa de freqüência as ondas têm apenas alguns centímetros, elas são facilmente
absorvidas pela água. O uso das faixas acima de 4 GHz teve ter o cuidado de tratar as
informações, prevendo uma eventual chuva, ou neblina muito densa.
São amplamente utilizadas para comunicação na telefonia de longa distância,
telefones celulares, sinais de TV entre outros.
Para TANEMBAUM (2003) a sua grande vantagem em relação à fibra ótica é que as
microondas não necessitam do direito sobre o local onde o sinal esteja trafegando, pois se
propagam pelo ar. Uma torre para repetir o sinal de microondas pode ser instalada entre
espaços de até 50 quilômetros dependendo das oscilações do relevo do terreno.
2.4 – Ondas de rádio
“As ondas de rádio tem comprimento de onda maior que 1 metro. Elas são
produzidas por fontes terrestres através de oscilações de elétrons nos fios de circuitos
elétricos” (HALLIDAY, 1996).
TANEMBAUM (2003) relata que a facilidade de se gerar as ondas de rádio, o poder
de viajar longas distâncias e transpor obstáculos com facilidade, devido a sua baixa
freqüência, fazem delas serem amplamente utilizadas para comunicação em ambientes
fechados ou abertos. Uma outra característica importante é que as ondas de rádios são
omnidirecionais, ou seja, elas podem se propagar pelo ar por todas as direções, não sendo
necessário que o transmissor e receptor estejam cuidadosamente e fisicamente alinhados.
Conforme TORRES (2001) nesse tipo de transmissão, percebe-se que abre uma
brecha para que ataques de pessoas mal intencionadas possa ser executado, interceptando
24
os dados, uma vez que o sinal está sendo espalhado por uma área muito grande. Diante
dessa evidência há a necessidade de se fazer o uso de métodos criptográficos.
TORRES (2001) descreve que este tipo de transmissão é muito usado onde às
informações a serem transmitidas é de conhecimento público, não havendo sigilo. É um
sistema eficiente e muito mais barato do que a conexão através de cabos. Esta é uma
transmissão NLOS (Non-line-of-sight), sem linha de visada.
FIGURA 5: Transmissão não-direcional. [TORRES (2001)]
Conforme TANEMBAUM (2003) a propriedade de transpor obstáculos e penetrar em
prédios está ligada à freqüência que é utilizada. Em baixas freqüências ela ultrapassa
obstáculos facilmente, contudo a potência cai abruptamente à medida que a distância da
fonte de transmissão aumenta, já em altas freqüências ela tem maior dificuldade de
ultrapassar obstáculos, viajando apenas em linha reta e ricocheteando nos obstáculos,
sendo inclusive absorvida pela chuva.
Conforme TORRES (2001) este tipo de transmissão é muito utilizado para ligar duas
redes como mostra a figura 3 abaixo. Apresentando como grande vantagem transmitir os
dados somente para ao receptor, não dispersando os sinais para outras antenas. Para que
isto ocorra as duas antenas devem estar alinhadas e não podendo tem obstáculos entre
elas. Esta é uma transmissão LOS (Line-of-sight), com linha de visada.
25
FIGURA 6: Transmissão direcional. [TORRES (2001)]
Segundo TANEMBAUM (2003), Os campos eletromagnéticos produzidos por
motores, fornos de microondas, entre outros equipamentos elétricos, causam interferências
em todas as freqüências de ondas de rádio.
As ondas eletromagnéticas utilizadas para transferência de dados são redigidas
pelas normas: IEEE 802.11 e IEEE 802.16 como explicadas, respectivamente, nos tópicos 3
e 4.
26
3 - REDES SEM FIO WI–FI - PADRÃO IEEE 802.11X
No inicio da comunicação de redes de computadores sem fio o grande problema
enfrentado era a falta de padronização entre os diversos fabricantes, o que tornava essa
tecnologia inviável economicamente, pois seu custo para a implantação era muito alto. O
determinado equipamento de transmissão de dados através de ondas de rádio da empresa
x não conseguia fazer a comunicação como equipamento da empresa y, mesmo que as
duas empresas construíssem equipamentos para utilizar a mesma faixa de freqüência. Pois
o problema não estava na faixa de freqüência utilizada, mas em como os dados eram
enviados.
O órgão internacional IEEE adotou como padrão de comunicação sem fio a
numeração 802.11, definindo regras para que essa comunicação fosse generalizada a todas
as empresas. Em virtude disso qualquer equipamento homologado para o padrão IEEE
802.11, de qualquer empresa, consegue efetuar a comunicação entre si sem qualquer
problema.
Segundo TORRES (2001), o método de transmissão adotado foi o CSMA/CA (Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Para efetuar a primeira transmissão o
emissor escuta o canal, se estiver desocupado, é iniciado a transmissão. Após o inicio é
determinado um período de tempo para cada máquina. Como cada equipamento que estiver
na rede tem um período de tempo estabelecido para utilizar o canal não há colisões nesse
método de transmissão.
FIGURA 7: Exemplo de funcionamento do método de transmissão CSMA/CA. [TORRES
(2001)]
Conforme TORRES (2001), se todos os equipamentos que estiverem conectados na
rede pararem de utilizá-la, então o canal pára de ser utilizado, para poder iniciar uma nova
comunicação o emissor novamente deverá escutar o canal para ver se realmente não há
transmissão, então novamente é estabelecida a comunicação e a definição do período de
27
tempo para os outros equipamentos conectados, ou seja, como se fosse uma transmissão
inicial.
TORRES (2001) descreve que, com este esquema somente em um momento poderá
haver algum tipo de colisão de dados, na primeira transmissão, caso duas ou mais
máquinas ao verificar o canal percebem que não há transmissão, então elas iniciam as suas
transmissão simultaneamente. Quando isso acontecer as transmissões são interrompidas, e
novamente o canal deverá estar liberado para uso depois que apenas uma máquina iniciar a
escuta e transmissão. Esse esquema de transmissão por ondas de rádio utiliza duas
técnicas, a FHSS e DSSS.
Segundo TORRES (2001), esse padrão IEEE 802.11 utiliza a faixa de freqüência de
transmissão de 2,4 GHz, o qual pertence a uma faixa de uso público, não havendo a
necessidade de qualquer autorização pelos órgãos governamentais.
Conforme TORRES (2001), na transmissão de dados utilizando o padrão IEEE
802.11 é utilizado um esquema de criptografia chamado WEP (Wireless Encryption
Protocol). A criptografia é utilizada para que intrusos ao interceptarem os dados não consiga
ter acessos as informações que eles trazem.
O padrão IEEE 802.11x utiliza 5 técnicas de transmissão de dados, o que torna
possível enviar um pacote de dados de uma estação para outra, diferenciando entre si na
tecnologia usada e nas velocidades que podem alcançar.
A tabela abaixo ilustra os métodos de modulação possíveis no padrão 802.11, com a
freqüência e taxa de comunicação utilizada por cada um deles.
TABELA 1 – Métodos de modulação no padrão 802.11
Nome
Método
802.11
Infra red
802.11
Infra red
802.11
FHSS
802.11
DSSS
802.11a
OFDM
802.11b HR DSSS
802.11g
OFDM
Freqüência
0.85 micron
0.95 micron
2.4 GHz ISM band
2.4 GHz ISM band
5 GHz ISM band
2.4 GHz ISM band
2.4 GHz ISM band
Taxa
1 Mbps
2 Mbps
1-2 Mbps
até 11 Mbps
até 54 Mbps
até 11Mbps
até 54 Mbps
3.1 – Métodos de modulação utilizados no padrão IEEE 802.11x
Existem as seguintes formas de modulação para conexão via rádio as quais irão ser
discutidas nos próximo subtópicos:
•
FHSS: Definida pela IEEE 802.11;
•
DSSS: Definida pela IEEE 802.11;
28
•
IR: Definida pela IEEE 802.11;
•
OFDM: Definidas pelas normas IEEE 802.11a/g;
•
HR-DSSS: Definida pela IEEE 802.11b.
FIGURA 8: Parte da pilha de protocolos do IEEE 802.11x. [TANNENBAUM (2003).]
3.1.1 – FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum – Espectro de
Dispersão de Saltos de Freqüência)
Segundo TORRES (2001), esse método de transmissão não utiliza uma freqüência
fixa de transmissão, mas sim um faixa de freqüência, ou seja, várias freqüências, Essa faixa
é divida em 79 canais de transmissão, cada um com 1 MHz de largura.
Cada canal é usado pela transmissão de tempos em tempos e é alterado
automaticamente por todos os dispositivos da rede, de modo aleatório, exemplo (canal 12,
canal, 6, canal 18, canal 50, canal 1,....). Conforme TANEMBAUM (2003), para que isso
ocorra sem problemas de falta de conexão e que possam transmitir e receber dados, os
dispositivos necessitam que estejam sincronizados na alteração entre os 79 canais
utilizados. Só por essa troca de canais esse método de modulação já oferece uma
segurança superior à utilização de uma faixa única fixa de freqüência.
Conforme TANEMBAUM (2003), a troca entre os 79 canais utilizados deve ter um
tempo menor que 400 ms, que é chamado de tempo de permanência, é o tempo gasto em
cada freqüência.
TORRES (2001) descreve que, por causa dessa constante mudança de freqüência,
uma pessoa mal intencionada não conseguiria muito facilmente interceptar os sinais para ter
29
acesso aos dados. Este método de transmissão de dados pode ser utilizado com o sistema
de criptografia WEP.
Para TORRES (2001), outra vantagem que esse sistema dispõe, pelo motivo de
utilizar vários canais, é a possibilidade de poder existir mais que uma rede operando na
mesma faixa de freqüência, dentro de uma mesma região de alcance. Normalmente com
outros sistemas isso não funcionaria corretamente.
Segundo TORRES (2001), a possibilidade se dá porque como aleatoriamente o
sistema muda de canal, a chance de haver colisão de dados, em um determinado canal,
entre duas redes distintas é de 1 para 79, ou seja, 1.26% de haver conflito, já que existem
79 canais, o tempo de permanência é muito curto, e cada rede tem uma seqüência aleatória
diferente da outra, é muito provavelmente que no próximo pulo o canal não esteja ocupado,
podendo haver a transmissão de dados sem problemas.
Outra vantagem na utilização de canais é que o torna relativamente insensível à
interferência de rádio, emitido pelos diversos equipamentos eletro-eletrônicos.
A grande desvantagem da utilização do FHSS é a pequena largura de banda
TANNENBAUM (2003), pelo motivo de alternância constante de freqüência faz com que a
transmissão seja mais lenta. A tecnologia FHSS utiliza taxas de transmissão de 1 ou 2
Mbps, TORRES (2001).
Segundo TORRES (2001), tendo como área de cobertura, um espaço um espaço
que depende de vários fatores, tais como: local aberto ou fechado, o tipo e a quantidade de
obstáculos, e principalmente a qualidade e a potência da antena instalada. Em geral em
ambientes externos podem atingir um raio de cobertura de 300 metros, e em ambientes
fechados em torno de 100 metros.
3.1.2 – DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum – Espectro de
Dispersão de Seqüência Direta)
Também definida pelo IEEE 802.11, TORRES (2001) descreve que a tecnologia
DSSS é similar a FHSS, porém que em vez de trocas sucessivas e aleatórias na faixa de
freqüência, o pulo se dá de uma forma sucessiva seqüencial.
Segundo TORRES (2001), é importante salientar que por motivo do método de
transmissão ser diferentes as duas tecnologias não são compatíveis entre si. Uma
transmissão utilizando o padrão IEEE 802.11 com FHSS não consegue transmitir
informações para um receptor utilizando o padrão IEEE 802.11 com DSSS, e vice-versa.
Então apesar de serem especificadas pelo mesmo padrão não podem trabalhar na mesma
rede.
30
Conforme TORRES (2001), a largura de banda do DSSS é um pouco maior que o
FHSS, podendo ser utilizado as taxas de transmissão de 1 Mbps, 2 Mbps, 5.5 Mbps e 11
Mbps.
Para TORRES (2001), por não trabalhar com mudança aleatória de canais, basta ter
uma antena DSSS para que um usuário mal intencionado consiga captar o sinal, e ter
acesso aos dados. A utilização de criptografia WEP é de extrema necessidade com o uso do
DSSS.
Como descrito no FHSS a área de cobertura depende dos mesmos fatores acima
destacado. Podendo chegar a 300 metros em ambientes abertos, e 100 metros em
ambientes fechados.
3.1.3 – IR - infravermelho
Utilizando sinais com comprimento de onda muito próximo a luz visível, na faixa de
850 nm ou 950 nm HALLIDAY (1996). É a mesma faixa utilizada por outros equipamentos
eletrônicos, como controles remotos de televisores, portões automáticos, etc...
Sendo que a sua transmissão se dá diferente dos equipamentos eletrônicos
mencionados, onde geralmente os transmissores e receptores necessitam estar alinhados.
Conforme TANNENBAUM (2003), no caso da utilização de IR no padrão 802.11 o
sistema é baseado não só em uma onda direta, podendo receber ondas refletidas, ele é
chamado de infravermelho por difusão.
Segundo TORRES (2001), o uso do IR para rede local funciona somente em
ambiente fechados. A radiação emitida por infravermelho não ultrapassa objetos, paredes,
portas, etc. Pode ser uma escolha onde houver diversas redes sem fio operando em
diversas salas diferentes, como não ultrapassa parede não haverá problemas com
interferências.
Segundo TANNENBAUM (2003), as grandes desvantagens são: a baixa largura de
banda, e a interferência que a luz solar causam nos sinais infravermelhos.
A modulação utilizada é a PPM (Pulse Position Modulation - Modulação por posição
de impulsos), o qual mapeia bits em símbolos. Para utilizar a velocidade 1Mbps é utilizado o
16-PPM, que mapeia 4 bits em um símbolo de 16 posições.
31
TABELA 2 - Mapeamento da Modulação PPM, utilizando 16-PPM. [CS-CCSU]
Dados
0000
0001
0011
0010
0110
0111
0101
0100
1100
1101
1111
1110
1010
1011
1001
1000
16-PPM
0000000000000001
0000000000000010
0000000000000100
0000000000001000
0000000000010000
0000000000100000
0000000001000000
0000000010000000
0000000100000000
0000001000000000
0000010000000000
0000100000000000
0001000000000000
0010000000000000
0100000000000000
1000000000000000
A 2 Mbps, é utilizado 4-PPM, mapeando 2 bits em uma palavra de código de 4
posições.
TABELA 3 - Mapeamento da Modulação PPM, utilizando 4PPM. [CS-CCSU]
Dados
00
01
11
10
4-PPM
0001
0010
0100
1000
3.1.4 – OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing –
Multiplexação Orthogonal por Divisão de Freqüência)
Utiliza a faixa de freqüência ISM mais larga, 5 GHz, não sendo susceptível a
obstáculos, como paredes. A primeira LAN sem fio de alta velocidade, chamada de LAN
802.11a, usa o OFDM.
Segundo TANNENBAUM (2003), são usadas diferentes freqüências, no total 52,
sendo que 48 são utilizadas para dados e 4 para a sincronização, correção de erros e
manter a coerência do sinal.
Conforme TANNENBAUM (2003), a transmissão é realizada em diferentes
freqüências ao mesmo tempo. A divisão do sinal permite haver vantagens em relação ao
uso de uma única banda larga de freqüência, melhor imunidade a interferência e a
possibilidade de usar bandas não-contígua.
32
TANNENBAUM (2003) descreve que, utiliza um sistema de codificação complexo,
baseado na modulação por deslocamento de fase, podendo alcançar velocidades de até 54
Mbps.
O OFDM é chamado do coded OFDM (COFDM), codificação de canal (técnica de
correção de erro). Quebrando uma portadora de dados de alta velocidade em várias
portadoras de menor velocidade, e transmitindo todas ao mesmo tempo.
O padrão IEEE 802.11g também utiliza OFDM, porém em uma freqüência diferente,
opera na banda ISM estreita de 2,4 GHz, juntamente com o IEEE 802.11b.
3.1.5 – HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum –
Espectro de Dispersão de Seqüência de Alta Velocidade)
Segundo TANNENBAUM (2003), utiliza a faixa de freqüência ISM mais larga, 2.4
GHz, para alcançar até 11 Mbps, não sendo susceptível a obstáculos, como paredes. A LAN
802.11b utiliza HR-DSSS.
Seu padrão foi o que chegou primeiro no mercado. Ela é compatível com a
modulação DSSS, mas não é compatível com o 802.11a.
Descrito por TANNENBAUM (2003) que, as taxas de dados que o HR-DSSS suporta
são 1, 2, 5 e 11 Mbps. Elas são adaptadas dinamicamente durante a operação para
alcançar a melhor velocidade no momento da transmissão. O 802.11b é mais lento que o
802.11a, porém o seu alcance é cerca de sete vezes maior.
3.2 - Tipos de redes utilizando wireless padrão IEEE 802.11 a/b/g
A empresa VICOMSOFT (2006) propõe alguns cenários de utilização da tecnologia
wireless, que podem ser aplicados para WI-FI. As características de cada tipo de rede foram
extraídas do próprio fabricante (VICOMSOFT, 2006) e estão descritas nas próximas seções.
3.2.1 - Rede local sem fio ad-hoc
São vários computadores isolados, cada qual deve ser equipado com placa de
transmissão de dados sem fio. Cada computador pode comunicar diretamente com todos os
outros também equipados com placas de transmissão de dados sem fio, que estiverem em
33
seu raio de alcance. Dessa maneira eles compartilham arquivos, impressoras. Um exemplo
prático, duas ou mais pessoas em uma sala, sem comunicação wireless, fazerem seus
notebooks se comunicarem diretamente, não havendo a necessidade de um Ponto de
Acesso.
FIGURA 9: Rede sem fio Ad-Hoc. [VICOMSOFT (2006)]
3.2.2 - Rede local sem fio cliente/servidor com ponto de acesso (ap)
Quando a intenção é conectar uma rede local fixa, já existente, a uma rede local sem
fio, ou a micros com placas wireless, pode-se utilizar de um equipamento denominado de
HAP (Hardware Access Point), ou simplesmente, AP. Neste caso o ponto de acesso irá
prover a interligação das duas redes distintas, para isso ele deve ser dotado de entradas
ethernet, padrão IEEE 802.3, conector RJ 45. Esse ponto de acesso fará a funcionará como
os hubs das redes cabeadas, sendo a ponte para as duas redes.
FIGURA 10: Rede sem Fio Cliente/Servidor, utilizando ponto de acesso. [VICOMSOFT
(2006)]
Ao invés de utilizar um AP, é possível a interligação de duas redes, sem fio e fixa,
sendo que, a partir de um dos computadores dotado de duas placas de rede uma ethernet e
34
outra wireless. Rodando junto com o sistema operacional deve haver softwares específicos
para o controle de rotas das redes.
FIGURA 11: Rede sem Fio Cliente/Servidor, utilizando software para haver a comunicação.
[VICOMSOFT (2006)]
3.2.3 - Rede local sem fio com múltiplos pontos de acesso e pontos
de extensão
Como descrito nas secções anteriores o alcance de cobertura do padrão IEEE
802.11 é limitado. Se a área em que estão localizadas as redes ultrapassar os limites
especificados pelos equipamentos utilizados para uma comunicação, uma alternativa pode
ser a instalação de outros pontos de acesso. Podendo ser APs ou computadores dotados
equipados com placas wireless e softwares específicos.
FIGURA 12: Rede Local sem Fio com Múltiplos Pontos de Acesso [VICOMSOFT(2006)]
35
Uma alternativa apresentada é a instalação de equipamentos chamados de pontos
de extensão. Estes pontos de extensão devem ser instalados de maneira que a área de
cobertura seja sobreposta a área do ponto de acesso. Com isso a mobilidade entre o ponto
de acesso e o ponto de extensão está garantida. Este conceito e chamado de roaming. A
principal diferença entre pontos de acesso e pontos de extensão, está no fato que os pontos
de extensão não necessitam de uma rede fixa para que haja a comunicação entre duas
redes.
FIGURA 13: Rede Local sem Fio com Pontos de Extensão. [VICOMSOFT (2006)]
3.2.4 - Roaming
Roaming, conforme VICONSOFT (2006), é a mobilidade que o usuário tem em trocar
de área de cobertura pelo ponto de acesso sem a perda da comunicação. O próprio
equipamento instalado na rede sem fio quando depara com essa situação, escolhe
automaticamente qual equipamento passará a efetuar a comunicação, fazendo com que o
usuário sempre tenha o melhor sinal possível nessa transição.
FIGURA 14: Utilização do Roaming. [VICOMSOFT (2006)]
36
3.2.5 - Rede local sem fio conectando redes locais fixas
Neste caso três redes distintas estão se comunicando a partir de um ponto de
acesso e um micro equipado de placa wireless e software específico. O ponto de acesso faz
a interligação da rede wireless com a rede fixa 1. O micro equipado com a placa wireless
está localizado na rede fixa 2, como ele está ao alcance do ponto de acesso a rede fixa 1,
fixa 2 e os micros wireless podem comunicar-se.
FIGURA 15: Redes sem Fio conectando Redes Fixas. [VICOMSOFT (2006)]
Muitas vezes a distância entre os micros da rede wireless pode ultrapassar os limites
impostos pelos fabricantes de pontos de acesso. Como saída pode-se utilizar de duas
antenas direcionais, com maior potência, para conseguir efetuar a comunicação entre duas
redes.
FIGURA 16: Utilização de antenas direcionais. [ZANETTI (2006)]
37
3.2.6 - Rede local sem fio com acesso à internet
O acesso a Internet pode ser compartilhado as redes locais sem fio sem dificuldades.
Esse compartilhamento pode ser feito através de um ponto de acesso que estiver conectado
à Internet.
FIGURA 17: Rede sem Fio com Acesso à Internet, utilizando ponto de acesso.
[VICOMSOFT (2006)]
Ou o acesso de redes locais sem fio à Internet também pode ser feito por um
computador, equipado com placas wireless e software específico.
FIGURA 18: Rede sem Fio com Acesso à Internet, utilizando computador para haver a
comunicação. [VICOMSOFT (2006)]
38
3.2.7 - Rede Local sem fio e fixa compartilhando o acesso à internet
Como descrito na secção 3.2.3 uma rede fixa e sem fio podem estar conectadas. Se
um dos computadores localizados na rede local fixa tiver conexão à Internet, então todos os
outros computadores que estiverem sendo conectados aos pontos de acesso poderão
utilizar a conexão à Internet já existente na rede fixa.
FIGURA 19: Redes sem Fio e Fixa Compartilhando o Acesso a Internet. [VICOMSOFT
(2006)]
Da mesma forma, se a conexão a Internet estiver em qualquer computador ou ponto
de acesso da rede wireless, os computadores da rede local fixa também terão acesso a
Intenet já existente.
FIGURA 20: Redes sem Fio e Fixa Compartilhando o Acesso a Internet.
[VICOMSOFT(2006)]
39
3.3 – Exemplos de equipamentos Wi-Fi disponíveis no mercado
O objetivo desse tópico é mostrar quais os dispositivos periféricos Wi-Fi existem no
mercado bem como o seu custo, fabricante e padronização.
•
Adaptador Wireless USB 802.11g [D-LINK (2006)].
o
Fabricante: DWL-G122 D-Link,
o
Custo: aproximadamente de R$ 160,00, compatível com padrões IEEE
802.11 b/g.
•
Placa Wi-Fi 802.11a/b/g PCI [3COM (2006)]
o
Fabricante: 3COM 3CRDAG675B.
o
Custo: aproximadamente R$ 450,00, compatível com padrões IEEE
802.11 a/b/g.
40
•
Adaptador Wireless Linksys WPC54G-LA PCMCIA 802.11g 54Mbps LinkSys.
[LINKSYS (2006)].
o
Fabricante: Linksys WPC54G-LA
o
Custo: custo aproximado de aproximadamente R$ 300,00, compatível
com padrões IEEE 802.11 b/g.
•
Access Point 802.11a/b/g [3COM (2006)]
o
Fabricante: 3COM 3CRWE454A72.
o
Custo: aproximadamente R$ 950,00, compatível com padrões IEEE
802.11 a/b/g
•
Roteador Wireless 802.11g [LINKSYS (2006)]
o
Fabricante: Linksys WRT54G-LA 54Mbps.
o
Custo: aproximadamente R$ 370,00, compatível com padrões IEEE
802.11 b/g
41
•
Modem ADSL Router Wireless [D-LINK (2006)]
o
Fabricante: D-LINK, DSL-G604T 54mbps - 4 Portas Ethernet.
o
Custo: aproximadamente R$ 500,00, compatível com padrões IEEE
802.11 b/g
•
Antena Direcional Indoor Dual-band 802.11a/g. [TRENDNET (2006)].
o
Fabricante: Trendnet.
o
Custo: aproximadamente R$ 140,00, compatível com padrões IEEE
802.11 a/b/g.
42
Abaixo, figura 21, temos uma figura mostrando o uso de alguns aparelhos
comentados e a forma que são interligados.
FIGURA 21: Exemplo do uso do Wi-Fi Outdoor. [INTEL (2006)].
43
4 – REDES SEM FIO WIMAX PADRÃO IEEE 802.16X
Erguer uma antena em uma colina fora da cidade e instalar antenas orientadas nos
telhados dos clientes é a idéia para a rede metropolitana.
O IEEE vem desenvolvendo uma norma para que se torne padrão nas redes
metropolitanas sem fio (WMAN), esse padrão é o IEEE 802.16x.
TANNENBAUM (2003) descreve que em julho de 1999 iniciou-se o trabalho de
pesquisa para regulamentar o padrão 802.16 pelo IEEE, sendo este aprovado em abril de
2002. Oficialmente o padrão é chamado “Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access
Systems” (interface aérea para sistemas fixos de acesso sem fio de banda larga). Porém
muitas pessoas chamam de WMAN (Wireless Metropolitan Área Network – rede
metropolitana sem fio) e ainda sendo mais divulgado por WiMAX (Worldwide Interoperability
for Microwave Access - Interoperabilidade Mundial para Acesso de Micro-ondas), nome
dado por um grupo de indústrias conhecido como “WiMAX Forum”.
O WiMAX Forum é uma organização sem fins lucrativos, formada por diversas
empresas fabricantes de equipamentos e de componentes, com o objetivo de promover e
certificar a compatibilidade e a interoperabilidade de produtos para BWA.
O Padrão IEEE 802.16x é proposto a ser destinado para conectar tanto clientes,
residências bem como as corporações à Internet.
O Padrão IEEE 802.16x oferece uma alternativa para conexão de banda larga ao uso
de redes cabeadas e DSL. Para isso esse sistema WiMAX tem a capacidade de conectar
grandes áreas geográficas sem a necessidade de investimento em infra-estrutura de alto
custo, oferecendo a conveniência da mobilidade e da banda larga para um grande número
de usuários, cobrindo áreas de difícil acesso e áreas rurais.
As redes metropolitanas têm uma cobertura com alcance aproximado de 100 km e
são geralmente instaladas em ambientes urbanos. Por causa da geografia, algumas
dificuldades são encontradas para o funcionamento de uma rede sem fio, que tipicamente
necessita de visada direta, sendo este o primeiro problema a ser resolvido. Outros fatores,
aspectos como freqüência de operação, número de usuários atendidos, desempenho, QoS
e segurança são os desafios para o WiMAX.
As redes metropolitanas atuais enfrentam o grande problema que a maioria dos
clientes não tem visada direta e aberta a ponto de acesso da rede sem fio devido a grande
quantidade de edifícios, pontes, árvores, relevo, etc. Uma parte do sinal de rádio é sempre
refletida pelos obstáculos, podendo ser utilizada para se alcançar pontos onde não se
consegue chegar diretamente. O problema é que essas reflexões podem causar atenuações
44
no sinal, pra isso o protocolo a ser utilizado deverá se capaz de lidar com a perda causada
por essas atenuações.
A escalabilidade e conseqüentemente a redução de custos dos equipamentos
dependem de que os fabricantes sejam capazes de utilizar a mesma tecnologia em todos os
mercados, regiões e países. Esse é o motivo que o IEEE procurou criar um protocolo que
seja capaz de operar em diversas freqüências que vão de 2,4 GHz até 66 GHz. Isso não
significa que o mesmo equipamento opere em todas as freqüências citadas, mas que os
fabricantes utilizem o mesmo protocolo de modulação, podendo modificar apenas as
antenas, o sistema de potência e outros subsistemas menores que sejam dependentes da
freqüência.
A capacidade de uma MAN é medida em quilômetros quadrados, nesse caso muitos
usuários poderão ter acesso. Assim sendo, o WiMAX permitirá o controle de milhares de
endereços MAC (Medium Access Control – Controle de Acesso ao Meio) por setor.
Dependendo da quantidade de usuários, os problemas de desempenho, qualidade de
serviço e segurança, devem ser levados em consideração.
Limitação na faixa de freqüência utilizada é um parâmetro para mostrar quantos bps
(bits por segundo) será a largura de banda. A relação entre a quantidade de banda obtida
por Hz utilizado no WiMAX tem um desempenho superior ao WI-FI.
Os estudos para criação do WiMAX é que ofereçam garantias para o tráfego de voz
com qualidade de operadora, ou seja, recursos de priorização, controle de banda e QoS em
todos os equipamentos: desde o nó central até o usuário final.
FIGURA 22: Exemplo do uso do WiMAX. [INTEL (2006)]
45
4.1 Padrões IEEE 802.16x
A seguir são mostrados os padrões que compõem a o WIMAX.
4.1.1 Padrão IEEE 802.16
Conforme descreve TANNEMBAUM (2003), a primeira versão do padrão IEEE
802.16, homologada em dezembro de 2001, opera na faixa de freqüência de 10 a 66 GHz e
requer visada direta, LOS, tem um alcance de 50 km e opera com taxas de transmissão
entre 32 Mbps e 134Mbps, com canal de 28 MHz, atendendo centenas de usuários. Utiliza
as modulações: QPSK, 16 QAM e 64 QAM. Projetado para padronizar implementações
LMDS ( Local Multipoint Distribution System – Serviço de Distribuição Multiponto Local).
FIGURA 23: Cenário do IEEE 802.16. [INTEL(2006)]
4.1.2 Padrão IEEE 802.16a
Conforme PRADO (2006), finalizado em janeiro de 2003, foi projetado para atender
as freqüências mais baixas entre 2 GHz e 11 GHz, algumas das quais não licenciadas, com
suporte para tecnologias PMP (Point-to-Multipoint – Ponto-Multiponto) e Mesh. Oferecem
acesso à última milha, tendo o objetivo da especificação à competição com tecnologias já
existentes no mercado como xDSL e cable modems. Com taxas de transmissão de até 75
Mbps e um alcance máximo de 50 km. Não requer linha de visada para suas antenas,
NLOS. Utiliza as modulações: OFDM 256 sub-portadora, QPSK, BPSK, 16 QAM e 64 QAM.
46
4.1.3 Padrão IEEE 802.16b e IEEE 802.16c
Conforme Prado (2006), para operação na faixa de freqüência ISM de 5 GHz o IEEE
802.16b cuida de aspectos relativos à qualidade de serviço. Já o IEEE 802.16c teve sua
aprovação pelo comitê em dezembro de 2002. Traz em sua especificação a
interoperabilidade através dos perfis de sistemas na range de 10 GHz a 66 GHZ, protocolo e
especificação de testes de conformação.
4.1.4 Padrão IEEE 802.16 REVd
Segundo PRADO (2006), tem as mesmas características do IEEE 802.16a, pois é
uma atualização que consolida os padrões 802.16a e 802.16c em um único padrão. Passa a
suportar antenas MIMO (Multiple Input, Multiple Output), permitindo a utilização de múltiplas
antenas, aumentando a confiabilidade do alcance de sinais.
4.1.5 Padrão IEEE 802.16e
Conforme INTEL (2006), especifica a mobilidade, criando as WMANs móveis,
operam na freqüência de 2 a 6 GHz, a sua taxa de transmissão para atender a mobilidade é
mais reduzida, até 15 Mbps, porém atendem a mobilidade de até 150 Km/h. Não requer
linha de visada para suas antenas, NLOS. Utiliza as modulações: OFDMA, OFDM 256 subportadora, 64 QPSK, 16 QAM e QAM.
FIGURA 24: Cenários possíveis da utilização do WiMAX. [WiMAX Fórum (2006)]
47
TABELA 4 – Tabela comparativa da família de padrões IEEE 802.16x [Adaptado de WiMAX
Fórum (2006)]
IEEE 802.16
IEEE 802.16 a/REVd
IEEE 802.16e
802.16a: Janeiro de 2003
Homologação
Dezembro de 2001
802.16 REVd: Junho de
Dezembro 2005
2004
2 - 11 GHz, licenciado,
2 - 6 GHz, licenciado,
não licenciado.
não licenciado.
LOS
NLOS
NLOS
Taxa de
Entre 32 e 134 Mbps
Até 75 Mbps
Até 15 Mbps
Transmissão
(canal de 28 MHz)
(canal de 20 MHz)
(Canal de 5 MHz)
Freqüência
Condições do
Canal
Modulação
Mobilidade
Largura de
Banda
10 - 66 GHz, licenciado
QPSK, QAM-16, QAM64
Fixa
20,25 e 28 MHz
OFDM 256 subportadoras, QPSK, QAM16, QAM-64, BPSK
Fixa e Portátil (nômade)
Entre 1,5 e 20 MHz, com
até 16 sub-canais lógicos
OFDM 256 subportadoras, OFDMA,
QPSK, QAM-16,
QAM-64, BPSK
Mobilidade, roaming
regional
Entre 1,5 e 20 MHz,
com até 16 subcanais lógicos
5-10 km
Alcance máximo de 50 km
Raio da
Célula
2-5 km
dependendo do Tamanho
da antena, seu ganho e
potência de transmissão
(entre outros parâmetros).
2 – 5 km
48
Na figura abaixo está ilustrado que o WiMAX alcança áreas remotas dos grandes
centros, antes inatingíveis.
FIGURA 25: Cenário do uso do WiMAX. [HOW STUFF WORKS (2006)]
4.2 Modulações
Em todo sistema de transmissão de dados, seja digital ou analógico, com ou sem fio,
inserem informações úteis em um sinal de Rádio Freqüência, denominado portadora. Este
será o veículo para o transporte da informação de um ponto a outro. Existem diversas
formas, e são chamadas de modulação. Diversas técnicas utilizando os parâmetros de
amplitude, freqüência ou fase da portadora são utilizadas para que o transporte da
informação seja embutido na portadora.
Considerando as modulações digitais, os bits do sinal de informação são codificados
através de símbolos. O trabalho da modulação consiste em mapear cada possível
seqüência de bits de um comprimento preestabelecido em um símbolo determinado.
49
Segundo TANEMBAUM (2003), durante cada baund é enviado um símbolo. No caso,
se uma linha tem n baunds, pode se afirmar que transmite n símbolos por segundos. Cada
símbolo pode representar vários bits.
FIGURA 26: Exemplos de modulação e tipos de portadoras. [CARLETI (2006)]
4.2.1 BPSK (Binary Phase-Shift Keying)
Descrito por MALBURG (2004), em seu trabalho, que é uma forma de modulação em
que a informação do sinal digital é embutida nos parâmetros de fase da portadora. Neste
sistema de modulação, quando há uma transição de um bit 0 para um bit 1 ou vice-versa, a
onda portadora sofre uma alteração de fase de 180 graus. Quando não há nenhuma destas
transições, ou seja, quando bits subseqüentes são iguais, a portadora continua a ser
transmitida com a mesma fase.
50
FIGURA 27: Exemplo do sinal da modulação BPSK e sua constelação. [CARLETI (2006)]
4.2.2 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying – Chaveamento por
Deslocamento de Fase de Quadratura)
Para TANEMBAUM (2003), a técnica de modulação QPSK, determina o número de
bits/símbolo. A taxa de bits é a quantidade de informações enviadas pelo canal e é igual ao
número de símbolos multiplicado pelo número de bits/símbolo.
No caso da modulação QPSK a relação é de 2 bits/baund.
FIGURA 28: Exemplo do sinal da modulação QPSK e sua constelação. [CARLETI (2006)]
51
4.2.3 QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation – Modulação por
Amplitude de Quadratura)
Segundo TANEMBAUM (2003), seguindo o conceito do QPSK, no QAM são usados
quatro amplitudes e quatro fases, dando um total de 16 combinações possíveis.
Com este esquema de modulação pode ser utilizado para transmissão de 4 bits por
símbolo.
FIGURA 29: Exemplo de constelação da modulação QAM-16. [CARLETI (2006)]
4.2.4 QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation – Modulação por
Amplitude de Quadratura)
Conforme TANEMBAUM (2003), muito semelhante ao QAM-16, também envolve
amplitude e fase em seu esquema de modulação. Permite 64 combinações diferentes, de
forma que podem ser transmitidos 6 bits por símbolo. Sua constelação está representada na
figura 30.
52
FIGURA 30: Exemplo da constelação do QAM-64. [CS-CCSU (2006)]
4.2.5 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Multiplexação Ortogonal da Divisão de Freqüências)
O conceito é o mesmo já apresentado para o Padrão IEEE 802.11 a/g. Segundo
INTEL (2006), OFDM é a otimização da sub-portadora, dividindo um fluxo digital de alta taxa
de bits em um esquema de baixa taxa e a transmissão paralela.
A INTEL (2006) mostra que o significado de ortogonal vem da maneira com que a
portadora é dividida e dessa divisão as freqüências são selecionadas para que o pico de
cada freqüência coincida com o ponto nulo da freqüência adjacente, como está sendo
mostrado na figura 31. Organizadas as portadoras para que suas bandas laterais se
sobreponham sem que haja interferência entre elas. Esta maior otimização do espaço
espectral traz um grande benefício à modulação OFDM, podendo ser utilizada em conexões
de dados de alta velocidade, sendo ela fixa ou móvel. No caso do uso do método para
WiMAX, o sinal do OFDM é dividido em 256 canais.
53
FIGURA 31: Exemplo do OFDM utilizando 3 sub-portadoras [PINHEIRO (2005)]
Conforme informações extraídas do site da INTEL (2006), estas portadoras
individuais são enviadas a partir da estação base à estação do assinante ou cliente, e então
são reconstituídas no lado do cliente. Em situações sem linha de visada (NLOS), estas
portadoras atingem paredes, edifícios, árvores e outros objetos, que por sua vez refletem o
sinal, criando interferências multi-caminhos.
Segundo FAGUNDES (2006), o padrão IEEE 802.11 a/g foi projetado para 100
metros, ele pode tolerar apenas cerca de 900 nano-segundos de ampliação do atraso. O
padrão IEEE 802.16 REVd tolera até 10 micro-segundos de ampliação do atraso, mais de
1000 vezes o padrão IEEE 802.11 a/g.
4.2.6 OFDMA (Access Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acesso Múltiplo por Divisão Ortogonal da Freqüência)
“O OFDMA que é similar ao OFDM na divisão da portadora em várias subportadoras. A diferença que, o OFDMA agrupa diversas sub-portadoras em sub-canais. Um
único cliente ou estação de assinante poderá transmitir utilizando todas as sub-portadoras
no espaço da portadora, ou múltiplos clientes poderão transmitir sendo que cada um utiliza
uma parcela do número total de sub-canais simultaneamente” INTEL (2006).
Segundo NAVES (2005), a portadora da modulação OFDMA é dividindo em 2048
sub-portadoras, e foi projetado para ser utilizado com freqüências abaixo de 11 GHz,
podendo ser transmissões sem linha de visada do tipo ponto-multiponto.
54
4.2.7 FDD e TDD
Para TANNENBAUM (2003), desde o projeto inicial do WiMAX, a intenção de usar de
forma eficiente e melhor aproveitar o espectro disponível. O WiMAX foi projetado para
telefonia digital, acesso à Internet, conexão de duas LANs remotas, som, vídeo, etc.
Segundo TANNENBAUM (2003), quando do uso de transmissão de voz o tráfego
provavelmente é simétrico em sua maior parte. Mas em outros casos, exemplo Internet,
geralmente existe um maior tráfego de downstream do que upstream.
Conforme TANNENBAUM (2003), para que seja possível alocar banda de modo
flexível, são usados dois tipos de duplexação: a FDD e a TDD. Na primeira, o uplink e o
downlink estão em canais separados, podendo operar simultaneamente, enquanto que, no
segundo, o canal é dividido, não permitindo a transmissão simultânea.
“Os equipamentos WiMAX futuramente fabricados pela INTEL que operam em faixas
de freqüência sem licença utilizarão a duplexação por divisão de tempo (TDD). Os equipamentos operando em faixas de freqüência licenciadas utilizarão o TDD ou a duplexação
por divisão da freqüência (FDD). Os produtos WiMAX da INTEL suportarão tanto a operação
TDD quanto FDD half-duplex.” INTEL (2006).
Conforme INTEL (2006), a preocupação em minimizar possíveis interferências é a
razão para que o FDD utilize dois pares de canais separados, a transmissão usará um canal
e a recepção usará o outro. A voz quando transmitida, muito provavelmente é de forma
simétrica, como já mencionado, isso faz com que a maioria das faixas de FDD seja alocada
para voz, pois como a arquitetura bidirecional do FDD, utiliza dois canais independentes,
permite que a voz seja tratada com atrasos mínimos. Esses canais são concedidos no
espectro de freqüência mediante licenciamento, sendo as faixas de mesmo tamanho e
permitindo implementação full duplex.
TANNENBAUM (2003) descreve que quando do uso, onde o tráfego não ocorre de
forma simétrica, ou seja, quando o canal é utilizado com maior intensidade por um dos
lados, a duplexação por divisão de tempo TDD, é a alternativa de melhor escolha, porque
todos os dados trafegam em apenas um canal, ora transmitindo, ora recebendo.
Conforme INTEL (2006), o uso de dois conjuntos distintos de blocos de tempo na
mesma freqüência para o uplink e o downlink, faz com que o TDD não seja interoperável
com o FDD, que utiliza duas freqüências distintas para o uplink e o downlink.
Segundo a INTEL (2006), para manipular o tráfego em dois canais independentes o
hardware deve ser mais sofisticado, seu custo maior pode ser justificado com uma largura
de banda eficiente e a qualidade do serviço na transmissão de voz equiparada com
operadoras.
55
TABELA 5 - Tabela de comparação entre TDD e FDD. [INTEL (2006)]
Descrição
TDD
FDD
Uma técnica de duplexação utilizada
Uma técnica de duplexação utilizada
em soluções isentas de licença que
em soluções licenciadas que utilizam
utiliza um único canal tanto para
um par de canais no espectro, um
uplink quanto para downlink.
para uplink e outro para downlink.
* Maior flexibilidade pois não é
Vantagens
necessário um par de espectros.
* Tecnologia comprovada para voz.
* Maior facilidade de equiparação
* Projetado para tráfego simétrico.
com tecnologias de antenas
* Não requer tempo de guarda.
inteligentes.
* Assimétrico.
* Não pode ser implementado onde
*Não pode transmitir e receber ao
Desvantagens
mesmo tempo.
o espectro não for par.
* O espectro é geralmente
licenciado.
* Custos mais elevados associados
à compra de espectro.
* Aplicações de dados que
apresentam picos e são
assimétricas.
Utilização
* Ambientes com padrões variados
de tráfego.
* Onde a eficiência de RF for mais
* Ambientes com padrões de tráfego
previsíveis.
* Onde os custos do equipamento
forem mais importantes do que a
eficiência de RF.
importante que o custo.
4.3 Acesso a uma rede WiMAX
Utilizar a tecnologia Wi-FI para montar uma rede em ambiente outdoor, muitas vezes
a limitação geográfica é o maior obstáculo encontrado. Posicionar as antenas
estrategicamente para cobrir uma área com raio superior a 3 km é muito difícil.
A empresa Wi-LAN fabricante da linha de equipamentos nomeada Libra 5800, o qual
já implementa todas as funcionalidades que estarão presentes dentro do padrão IEEE
802.16. Isso significa que os equipamentos Wi-LAN estão prontos para a tecnologia do
56
futuro em rede sem fio, embora ainda não esteja homologada, denominada então de PréWiMAX.
4.3.1 – Equipamentos para uma rede WiMAX
Família Libra 5800
FIGURA 32: Libra 5800 [MALIMA Tecnologia (2004)]
Compõe o Libra 5800:
* Unidade externa, a prova de interpéries;
* Unidade interna, injetor de alimentação;
* Utiliza cabo Ethernet.
Alcance:
* Com linha de visada direta, até 60 km;
* Sem linha de visada direta, até 3 km;
Outras Características:
* Freqüência de Operação, 5,8 GHz, banda ISM;
* Possuem porta Ethernet 10/100 BaseT
* Largura de banda 32 Mbps (24 Mbps efetivos);
* Protocolo de criptografia proprietário;
* Vários modelos, diferentes de antenas e aplicação.
Modelos
Conforme site do fabricante temos as seguintes descrições dos modelos.
•
Libra 5800 RD (Rapid Deployment)
* Ponto-a-ponto;
* Possui antena integrada;
* LOS 23 km;
* NLOS 3 km
57
•
Libra 5800 ER (Extended Range)
* Semelhante ao Libra 5800 RD;
* Não possui antena integrada;
* Com antena externa de 37 dBi, alcança 60 km.
•
Libra 5800 MP AP
* Ponto-multiponto;
* Estação base central;
* Não possui antena integrada;
* Alcance depende da antena empregada.
•
Libra 5800 MP CPE e LCPE
* Ponto-multiponto;
* Estações base clientes;
* Antena integrada de 23 dBi (CPE);
* Conector para antena externa (LCPE).
FIGURA 33: Exemplo da instalação do Libra 5800. [MALIMA Tecnologia (2004)]
58
FIGURA 34: Exemplo da utilização do Libra 5800. [INTEL (2006)]
59
5 - COMPARANDO OS PADRÕES IEEE 802.11X (WI-FI) VS. IEEE 802.16X
(WIMAX).
Diferenciando principalmente na concepção de projeto, as redes WiFi e WiMAX não
são oponentes, muito embora se assemelhe em alguns aspectos. Inicialmente as redes WiFi permitem conexão sem fio entre dispositivos em uma LAN, já as redes WiMAX foram
projetadas para conexão sem fio em uma MAN, ou seja, essas tecnologias não devem
concorrer pelo mesmo serviço, mas sim, uma rede irá complementar a outra.
O objetivo principal do padrão IEEE 802.11 é criar mobilidade às redes cabeadas
privadas. Já o IEEE 802.16 é um padrão desenhado para prover acesso de banda larga sem
fio (BWA).
Uma interligação de rede local utilizando Wi-Fi para fins comerciais (ex. Internet) é
possível, como vimos a taxa de conexão utilizada é de até 54 Mbps, mas quando utilizada
outdoor, essa tecnologia é submetida a aplicações que demandam muito tráfego, pois a
quantidade de clientes e as possíveis correções de dados enviados são maiores, o que
torna a largura de banda já não ser suficiente.
Nas redes WiMAX as taxas de transferência podem chegar até 70 Mbps, podendo
vários usuários vir a utilizar ao mesmo tempo. Tendo uma importante característica que é
NLOS.
As redes Wi-Fi, designadas para redes locais, tem alcance de poucos metros, as
redes WiMAX podem chegar a um alcance de até 50 km, podendo ser utilizadas para
interligação de pontos distantes.
Muitos equipamentos disponíveis no mercado para redes Wi-Fi não suportam mais
que uma dezena de conexões simultâneas, é uma tecnologia para LAN desenvolvida com o
objetivo de adicionar mobilidade às redes cabeadas privadas.
As redes WiMAX projetam equipamentos para suportar em torno de 250 conexões
simultâneas, sendo que sua aplicação principal é prover um serviço de acesso banda larga
sem fio.
A função de qualidade de serviço está embutida nos projetos WiMAX, suportando
diversas aplicações sem que a qualidade seja comprometida, adequando de acordo com as
requisições dos usuários.
60
TABELA 6 - Comparação resumida entre os padrões IEEE 802.11x e 802.16x. [Adaptado
WIMAX Fórum (2006)]
Aplicação Inicial
Taxa de Transmissão
Alcance
QoS
IEEE 802.11
LAN sem fio
Cobertura
54 Mbps (canal de 20 MHz)
Projetado para 100 m
Nenhum (Em estudo
802.11e)
Projetado para NLOS indoor
Usuários
Centenas
IEEE 802.16
Acesso à banda larga sem
fio (BWA)
75 Mbps (Canal de 20 MHz)
Até 50 km
QoS para voz e vídeo,
diferenciação dos serviços
LOS e NLOS, projetado para
NLOS outdoor
Milhares
61
6 - CONCLUSÃO
Neste trabalho de conclusão de curso foram apresentadas as transmissões de dados
utilizando redes sem fio, denominadas wireless, os padrões descritos são o IEEE 802.11x,
Wi-Fi e o IEEE 802.16x, WiMAX.
A intenção desta pesquisa é mostrar que esses dois padrões não são concorrentes.
Como descrito no Capitulo 5, o Wi-Fi foi projetado para ser uma rede local com mobilidade,
já o WiMAX atende a uma área de cobertura maior, porém sem mobilidade.
A questão de mobilidade do WiMAX ainda está em fase de aperfeiçoamento, pelo
Comitê IEEE, as empresas do Fórum WiMAX têm a perspectiva de que somente em 2007
poderão produzir tais equipamentos, onde uma mobilidade de até 150 Km/h será aceita.
As vantagens do WiMAX em relação ao Wi-Fi são: a largura de banda maior e a área
de cobertura. A qualidade de serviço oferecido pelo WiMAX atende perfeitamente as
necessidades do mercado em transmissão de voz e vídeo, pois desde o início do estudo
desse novo padrão houve o cuidado em moldá-lo para tais funções.
Outra característica importante é o número de usuários simultâneos em uma rede
WiMAX serem superior quando comparado ao Wi-Fi.
Os diferentes métodos de modulação utilizados pelo Wi-Fi, sendo eles: IR, FHSS,
DSSS, HR-DSSS e OFDM, faz com que seu alcance e sua taxa de transmissão sejam
limitados.
Os métodos adotados pelo WiMAX, BPSK, QPSK, QAM-16, QAM-64, OFDM,
OFDMA, utilizando TDD ou FDD, faz que o desempenho obtido seja superior ao Wi-Fi.
Porem o uso mais indicado para o Wi-Fi é uma rede local sem fio, como exemplo
podemos ter um escritório, uma sede de empresa, uma residência. Com equipamentos WiFi até pode-se montar um provedor de acesso a Internet, a maior dificuldade será com a
linha de visada que é exigida pelo padrão.
Já o WiMAX, pode-se dizer que seja ao contrário das recomendações de utilização
do Wi-Fi, ele destina-se primeiramente a prover acesso de banda larga, por isso é mais
indicado para prover a Internet, já que o problema de falta de linha de visada é corrigido
pelos métodos de modulação onde é escalonável de acordo com a distância entre a base e
o receptor.
O Wi-Fi por utilizar freqüências de bandas não licenciadas a burocracia é
praticamente nula. Para o WiMAX as freqüências utilizadas podem ser licenciadas ou não.
Os equipamentos atuais são conhecidos como uma era Pré-WiMAX e operam em
freqüência não licenciada, pois ainda não são homologados. No Brasil muitas discussões
estão sendo levantadas pelas empresas de telecomunicações contra a agência reguladora,
62
ANATEL, porque os futuros equipamentos produzidos deverão estar localizados na faixa de
freqüência de 3,5 GHz, a qual deve ser obtida mediante leilão pela ANATEL, o que pode ser
um problema burocrático.
O uso de freqüências licenciadas faz com que possíveis problemas de interferência
enfrentados pelos atuais equipamentos sejam eliminados.
O avanço da tecnologia de transmissão de dados sem fio utilizando WiMAX,
destaca-se em três principais itens: banda larga, longo alcance e a não necessidade de
visada. O que faz esse padrão ser muito aguardado para complementar as atuais LANs que
utilizam o Wi-Fi.
Pelo motivo de grandes empresas, associadas pelo WiMAX Fórum, estarem
apoiando e auxiliando no desenvolvimento da tecnologia do padrão IEEE 802.16, o WiMAX
tem tudo para que muito em breve comece a ser incorporado aos notebooks e aos PDAs
(Personal Digital Assistant – Assistente Pessoal Digital).
63
7 - TRABALHOS FUTUROS
Como sugestões para trabalhos futuros, das próximas turmas de Ciência da
Computação da Faculdade de Jaguariúna, relacionados com a tecnologia wireless, destaco
um estudo comparativo dos padrões IEEE 802.16e, WiMAX móvel, juntamente com IEEE
802.20, conhecido como Móbile-Fi ou MBWA (Mobile Broadband Wireless Access).
Estes
novos
padrões
definem
especificações
de
modo
à
garantirem
interoperabilidade dos sistemas BWA em um ambiente móvel, operando em bandas
licenciadas abaixo de 3,5 GHz.
O nome completo do padrão IEEE 802.20 é Standard Air Interface for Móbile
Bradband Wireless Access Systems Supporting Vehicular Mobility – Physical and Media
Access control Layer Specification.
64
BIBLIOGRAFIA
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