estudo de viabilidade para implantação da tecnologia wimax na

ESTUDO DE VIABILIDADE PARA IMPLANTAÇÃO DA
TECNOLOGIA WIMAX NA REDE MUNICIPAL DE
ENSINO DA CIDADE DE GUAÍBA-RS1
Ronaldo de Bem Martins2 <[email protected]>
Verônica Conceição3 <[email protected]>
Universidade Luterana do Brasil (ULBRA) – Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores – Câmpus
Canoas
Av. Farroupilha, 8.001 – Bairro São José – CEP 92425-900 – Canoas - RS
29 de novembro de 2010
RESUMO
Este artigo apresenta um estudo de viabilidade para implantação da tecnologia Wimax na rede municipal de
ensino da cidade de Guaíba, visando substituir a conexão de internet que existe atualmente. O atual cenário de acesso
à rede pública de computadores apresenta problemas de desempenho, impossibilitando o município de implantar o
software i-educar, essencial para a gestão escolar, além de impossibilitar aos alunos de utilizarem a internet como
fonte de pesquisa e aprendizado. A solução Wimax disponibiliza para as escolas municipais uma conexão via rádio
de alta qualidade, segurança e melhor desempenho, com um baixo investimento.
Palavras-chave: Wimax, i-educar e internet.
ABSTRACT
Title: “Feasibility study to implementation of the Wimax technology in the municipal schools in the city of GuaíbaRS”
This paper presents a feasibility study to implementation of the Wimax technology in the municipal schools in
the city of Guaíba to replace the internet connection that exists today. The actual cenary of access to public network
of computers has performance problems that`s make harder to the city to deploy the software i-educar, essential for
school management and even to the students that use the internet as a source of research and learning. The Wimax
solution provides to the municipal schools a high quality radio connection, security and performance with a low
investiment.
Key-words: Wimax, i-educar and internet.
1
INTRODUÇÃO
Inclusão digital é um assunto bastante abordado nos últimos anos e é muito difícil imaginar uma
escola fora desta. As escolas necessitam de acesso à internet para inúmeros fins, como por exemplo, a
internet pode ser utilizada como uma ferramenta auxiliar nos processos administrativos, fonte de pesquisa
para professores, funcionários e alunos, além de preparar os alunos ao mercado de trabalho, pois hoje em dia
as pessoas que não estão familiarizadas com tecnologia da informação, encontram grande dificuldade de
entrar no mercado de trabalho.
O foco deste artigo serão as escolas do município de Guaíba-RS que fica localizado na região
metropolitana de Porto Alegre, distante 32 km da capital. Segundo informações da secretaria de educação, o
município conta com 16 escolas municipais, atendendo aproximadamente 8000 alunos de ensino
fundamental.
O acesso à internet nestas escolas é via conexão ADSL contratada junto à operadora de
telecomunicações OI e possui vazão de 1 Mbps. Segundo a assessora técnica da secretaria de educação do
município, o governo federal está disponibilizando para as escolas estaduais e municipais do país, o software
i-Educar. O i-Educar é um software de gestão escolar que centraliza as informações de um sistema
educacional municipal, diminuindo a necessidade de uso de papel, a duplicidade de documentos, o tempo de
atendimento ao cidadão e racionalizando o trabalho do servidor público. Este software foi desenvolvido pela
1
Artigo de conclusão do curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores do tipo avaliação.
2
Aluno do curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores da Ulbra Canoas.
3
Professora orientadora
1
prefeitura de Itajaí-SC em parceria com a empresa Cobra Tecnologia S.A. no ano de 2007 e conforme
estudos, o i-Educar possibilita ao município uma economia de mais de R$ 55 mil ao ano. Este software está
disponível como software livre através de uma parceria tecnológica com a empresa Cobra Tecnologia.
Com o i-Educar é possível controlar todo o cadastro de alunos, com seus dados pessoais, familiares
e pedagógicos. Funcionalidades como: matrículas, transferências, emissão de certificados e diplomas,
suspensões, quadro de horários e relatórios gerenciais são realizados de forma integrada. O sistema conta
também com um módulo de biblioteca que faz a gestão de bibliotecas de cada escola.
Porém, com a conexão que as escolas possuem hoje, torna-se inviável a utilização deste software,
pois embora a conexão ADSL contratada seja de 1 Mbps, velocidade real, geralmente não passa de 256
Kbps.
Atualmente, existem diversas opções de tecnologia para acesso a internet, como ADSL (Assimetric
Digital Subscribe Line), acesso discado, tecnologias sem fio (wireless) e cabeada (cable modem). O tipo de
conexão a ser utilizada está diretamente relacionada à necessidade de quem deseja contratar e, da
disponibilidade na região onde é necessário o acesso.
O presente projeto visa apresentar um estudo de viabilidade, para substituir a conexão existente que,
apresenta limitações técnicas, como por exemplo: lentidão, velocidade de download maior que de upload),
dependência de cabeamento telefônico, dentre outras.
Este projeto propõe substituir esta conexão, pela tecnologia de Interoperabilidade Mundial para
Acesso por Microondas (Wimax) que apresenta características técnicas que podem solucionar o problema
citado anteriormente, disponibilizando maior vazão para acesso à internet.
Wimax é uma tecnologia de banda larga sem-fio, capaz de atuar como alternativa a tecnologias como
cabo e XDSL, na construção de redes comunitárias e provimento de acesso de última milha. Os
equipamentos Wimax são capazes de transmitir entre 1 Mbps e 70 Mbps e possuem alcance de até 50 km
com visada e 8 km sem visada, dependendo dos equipamentos utilizados, da freqüência, distância entre a
ERB e os receptores de sinal, além da topografia do terreno e obstáculos entre a ERB e os receptores de
sinal.
A seguir, na seção 2, serão apresentados alguns conceitos para melhor compreensão sobre as
tecnologias de acesso à internet, segurança nas tecnologias sem fio, tipos de redes sem fio, dando uma maior
ênfase a tecnologia Wimax que é o principal assunto deste estudo e encerrando a seção com uma breve
apresentação da tecnologia VOIP.
A seção 3 apresentará uma avaliação do ambiente e a tecnologia que melhor se adequa para
solucionar o problema que motivou o estudo de viabilidade já citado anteriormente no artigo, na seção 4 será
apresentado um comparativo de equipamentos e, por fim, baseado neste comparativo, apresentar a tecnologia
indicada, bem como os equipamentos a serem indicados e onde serão instalados, na seção 5 será apresentada
a conclusão, onde constará opiniões sobre o estudo de viabilidade, apresentando as vantagens de implantar o
projeto, as desvantagens, bem como dizer se o projeto é viável ou não e porque é viável ou não e, finalizando
o artigo, a seção 6 apresentará as referências bibliográficas utilizadas para auxiliar no desenvolvimento do
artigo.
O artigo apresentado é do tipo avaliação, pois apresenta um estudo de viabilidade para implantação
da tecnologia Wimax na rede municipal de ensino da cidade de Guaíba-RS.
2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Esta seção apresenta a fundamentação teórica, dividido em quatro seções que tratarão dos conceitos
básicos dos assuntos tratados neste artigo, além de mostrar dois casos similares ao tratado neste artigo com
suas devidas soluções.
2.1
Tecnologias de acesso internet
Hoje, milhões de usuários se conectam à internet graças às diversas tecnologias de acesso, estas são
o ponto-chave de todo o processo. A cada dia a busca por aprimoramento das conexões é maior, pois a
quantidade de pessoas que acessam a internet está crescendo de forma exponencial no mundo. Outro fator
que evidencia o aumento da necessidade de conexões de qualidade e seguras é que, a maioria das empresas já
utilizam a internet como ferramenta de trabalho, com aplicações que exigem cada vez mais uma maior vazão
para acesso à internet, como por exemplo, os sites de comércio eletrônico, vídeoconferências e ligações
telefônicas via voz sobre IP (VOIP). Para suportar toda esta estrutura, uma complexa rede de equipamentos
e protocolos torna-se necessária. Segundo o Ibope/Nielsen, em pesquisa realizada em dezembro de 2009,
2
67,5 milhões de brasileiros acessam a internet, sendo que nas áreas urbanas já são 44% da população e 97%
das empresas conectadas à internet. Estas pessoas acessam a internet de diversas maneiras diferentes,
atualmente são várias as opções disponíveis de acesso à internet, conforme mostra a figura 1 abaixo.
Algumas destas tecnologias já estão obsoletas, como por exemplo se pode citar, as conexões via linha
discada, outras em plena evolução, como as tecnologias de redes sem fio (Wireless). Além destas tecnologias
já citadas, há também as conexões XDSL, e cable modem. Todas as tecnologias citadas acima serão vistas a
seguir. (LOTITO e CARVALHO, 2005).
Figura 1 – Tipos de tecnologias de acesso à internet - Adaptado de Google, 2010.
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Linha discada: Tipo de acesso à Internet no qual se utiliza um modem e uma linha telefônica
convencional para acessar a rede mundial de computadores. Este tipo de conexão está caindo em
desuso devido a sua baixa velocidade de conexão que não passa de 56 Kbps, alto custo do
acesso, instabilidade da conexão além de que, durante a conexão, a linha telefônica se mantém
ocupada.
xDSL: Esse acesso também é fornecido por meio da rede de telefonia convencional, mas
diferentemente do acesso discado, a conexão não indisponibiliza a linha telefônica, pois existem
faixas de freqüência distintas para voz e dados. Cada concessionária, dependendo da infraestrutura que tiver instalada, pode oferecer diversas velocidades de acesso. No acesso ADSL
(Asymmetric Digital Subscriber Line), por exemplo, a velocidade para download e upload são
diferenciadas, variando de 256 Kbps a 8 Mbps; o ADSL2 ou ADSL2+ vai de 256 Kbps até 24
Mbps; o VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line) pode chegar a 52 Mbps e o VDSL2
até 100 Mbps.
Apesar da popularidade desse tipo de acesso, não está disponível em todos os lugares. Outro
detalhe neste tipo de conexão é que geralmente as concessionárias não garantem que o usuário
terá a velocidade contratada, a velocidade de acesso geralmente será mais baixa do que aquela
que foi contratada, devido a isto, as concessionárias deixam claro no contrato de serviço que
garantem apenas 10% da velocidade nominal contratada.
Cabo: A conexão via cabo utiliza a mesma infra-estrutura do serviço de televisão por assinatura,
o serviço de televisão e os dados de internet trafegam simultaneamente. Sua limitação é que a
oferta este tipo de acesso só é disponibilizada nas regiões onde exista o serviço de televisão via
cabo. Este acesso exige um cable modem e um computador com placa ethernet. Este tipo de
conexão oferece velocidades que variam de 128 Kbps até 24 Mbps, com garantia de vazão, isto
é, o usuário terá sempre a velocidade de acesso contratada independente de dia e hora.
Conexões sem fio: Uma rede sem fio é uma rede na qual, pelo menos dois terminais são capazes
de comunicar entre si graças a sinais radioelétricos. As redes sem fio constituem-se hoje como a
principal alternativa às redes convencionais ou guiadas, fornecendo as mesmas funcionalidades,
mas de forma flexível, de fácil configuração e com boa conectividade em áreas que antes só seria
possível por meio de fios. Por meio das redes sem fio, os recursos de informática são utilizados
com mais flexibilidade, pois os usuários não precisam estar conectados a rede por meio de um
cabo.
3
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2.2
Satélite: Embora o acesso por conexão via satélite ofereça uma conexão estável, com alta
disponibilidade, sua grande desvantagem está no alto custo para aquisição de equipamentos e seu
tempo de atraso do sinal (delay). É necessário adquirir uma antena que consiga captar o sinal do
satélite e transmiti-lo para o computador. A antena pode ser fornecida pelo provedor de acesso
ou adquirida pelo usuário. A sua velocidade de conexão em 2008 não passava de 2 Mbps, mas
hoje já pode-se contratar conexões de 8 Mbps junto a Embratel. Sua principal vantagem em
relação às conexões citadas anteriormente é que este tipo de conexão pode ser disponibilizada
em qualquer lugar, mudando apenas o tipo de antena de recepção, pois quanto mais remoto
estiver o cliente, maior deverá ser o alcance da antena e consequentemente maior será o custo
para adquirir esta. (PETRACIOLI, 2008).
Rádio: São redes que utilizam transmissões de rádio freqüência (RF). Estas redes não requerem
uma conexão física direta entre computadores. Em vez disto, cada computador participante está
associado a uma antena, que pode tanto transmitir como receber RF. O tamanho e o tipo da
antena variam de acordo com a tecnologia utilizada e o alcance que se pretende atingir.
(COMER, 2007).
Segurança nas tecnologias sem fio
Hoje, quando se pensa em implantar uma rede sem fio, as pessoas pensam logo na mobilidade e
flexibilidade que esta propicia, além do baixo custo para implantação (devido a não haver gastos com
cabeamento), mas acabam esquecendo que uma rede sem fio é muito mais vulnerável que uma rede cabeada,
pois é muito mais difícil controlar os acessos, visto que o sinal e os dados transmitidos e recebidos são
propagados no ar e podem ser captados a kilômetros de distância.
Pensando nisto, foram criados inúmeros mecanismos de segurança que visam garantir a
autenticidade das pessoas que acessam a rede, a integridade e privacidade da comunicação e a
disponibilidade da informação.
Visando proteger as informações sigilosas, criou-se a criptografia, onde só que possui a chave
secreta pode decriptar a informação. Pode-se dizer que criptografia é a técnica de esconder informações
sigilosas. Um dos principais objetivos da criptografia é garantir o armazenamento e circulação segura de
mensagens. Os protocolos de criptografia são um destes mecanismos de segurança muito utilizados nas redes
sem fio.
O principal protocolo de criptografia em redes wireless é o protocolo WEP (Wired Equivalent
Privacy). O objetivo do uso do WEP é garantir a confidencialidade e a integridade das informações na rede
wireless. O protocolo WEP foi o primeiro protocolo de segurança adotado, que conferia, no nível do enlace,
uma certa segurança para as redes sem fio semelhante a segurança das redes com fio. O protocolo WEP
utiliza o algoritmo RC4 para criptografar os pacotes que serão trocados numa rede sem fios a fim de tentar
garantir confidenciabilidade aos dados de cada usuário. Além disso, utiliza-se também a CRC-32 que é uma
função detectadora de erros que ao fazer o "checksum" de uma mensagem enviada, gera um ICV (Integrity
Check Value) que deve ser conferido pelo receptor da mensagem, no intuito de verificar se a mensagem
recebida foi corrompida e/ou alterada no meio do caminho. Um ponto desfavorável na utilização do
protocolo WEP é que o algoritmo RC4 permite que a mesma seqüência aleatória se repita de vez em quando.
Para minimizar esta falha de segurança citada acima, o protocolo WEP utiliza um vetor de
inicialização para cada pacote, fazendo com que a seqüência gerada pelo algoritmo RC4 seja diferente para
cada pacote.
Outro protocolo de criptografia que está sendo bastante utilizado em redes wireless é o protocolo
WPA (Wi-Fi Protected Access), que substitui dia a dia o atual WEP. O protocolo WPA conta com tecnologia
aprimorada de criptografia e de autenticação de usuário. Cada usuário tem uma senha exclusiva, que deve ser
digitada no momento da ativação do WPA. No decorrer da sessão, a chave de criptografia será trocada
periodicamente e de forma automática. Assim, torna-se infinitamente mais difícil que um usuário nãoautorizado consiga se conectar à WLAN. A chave de criptografia dinâmica é uma das principais diferenças
do WPA em relação ao WEP, que utiliza a mesma chave repetidamente. Esta característica do WPA também
é conveniente porque não exige que se digite manualmente as chaves de criptografia, ao contrário do WEP
que necessita a digitação manual destas chaves. (WIKIPEDIA, 2010).
Quanto a tecnologia Wimax, esta possui suporte para vários tipos de protocolos de segurança de
criptografia de dados, os principais são o DES (Data Encryption Standard), o 3DES e o AES (Advanced
Encryption Standard).
4
Enquanto o protocolo DES cifra blocos de 64 bits (8 caracteres) em blocos de 64 bits, utilizando uma
chave composta por 56 bits mais 8 bits de paridade, o protocolo AES é capaz de suportar chaves de 128, 192
e 256 bits, sendo o protocolo de segurança de criptografia de dados mais utilizados na tecnologia Wimax.
Já o protocolo 3DES (Triple Data Encryption Standard) é um padrão de criptografia baseado no
algoritmo de criptografia DES. O 3DES utiliza 3 chaves de 64 bits. Os dados são encriptados na primeira
chave, decriptados na segunda chave e novamente encriptados na terceira chave, fazendo que este seja mais
lento que o DES original, mas oferecendo maior segurança.
Conforme apresentado abaixo na figura 2, as redes sem fio são divididas em Wireless Personal Área
Networks (WPAN), Wireless Local Área Networks(WLAN), Wireless Metropolitan Área Networks(WMAN)
e Wireless Wide Área Networks(WWAN).
Figura 2 – Tipos de redes sem fio - Adaptado de kioskea, 2010
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2.3
As redes WPAN são redes de curta distância, entre 1m e 100m e velocidade de até 4 Mbps para
conexões via infravermelho e 1 Mbps via Bluetooth. Estas conexões são utilizadas para interligar
objetos pessoais como, celulares, agendas eletrônicas, câmeras fotográficas, dentre outros.
Podem funcionar por rádio ou infravermelho e fazem conexão ponto a ponto. Um exemplo são
as conexões via Bluetooth.
As conexões via Bluetooth são conexões entre dispositivos como telefones celulares, notebooks,
computadores, impressoras, câmeras digitais e consoles de videogames digitais através de uma
frequência de rádio de curto alcance globalmente não licenciada e segura.
As redes WLAN são redes que utilizam ondas de rádio para interligar computadores, notebooks
dentre outros com conexão ponto a ponto e multiponto e alcance de 100 m (indoor) à 300 m
(outdoor). São nas redes WLAN que encontramos a utilização da tecnologia Wi-Fi (Wireless
Fidelity), que é uma rede local sem fio padronizada pelo IEEE 802.11 e que opera em faixas de
frequências que não necessitam de licença para instalação e/ou operação, sendo muito utilizado
em escritórios e residências, substituindo ou complementando redes que utilizam cabos coaxiais.
As redes WMAN são redes que utilizam ondas de rádio com conexões ponto a ponto e
multiponto, taxa de transferência de até 70 Mbps interligando prédios distantes até 50 km. São
nas redes WMAN que se observa a utilização da tecnologia Wimax (Worldwide Interoperability
for Microwave Access).
As redes WWAN são redes que utilizam microondas e satélites, com conexões ponto a ponto e
multiponto e atingem longas distâncias, podendo interligar grandes links de dados. Aqui
podemos citar o uso das tecnologias GSM, GPRS e UMTS (3G). (TANENBAUM, 2003;
TORRES, 2001; RUFINO, 2005).
Wimax
Wimax é uma tecnologia de rede sem fio que permite a comunicação fixa entre um ou mais pontos,
comunicação portátil e inclusive comunicação móvel sem fio sem a necessidade de visada direta com a
estação base, com foco em atender as WMANs.
5
A tecnologia Wimax apresenta diversas vantagens em relação às demais tecnologias de acesso à
internet, pois possui maior velocidade de conexão em comparação com as conexões via linha discada, cabo,
xDSL e satélite, não apresenta delay, muito comum na conexão via satélite e pode ser implantada em
qualquer região, pois não depende de infraestrutura local (cabeamento, linhas telefônicas entre outras), pois a
recepção do sinal e transmissão do mesmo são feitos através de rádio e seu alcance depende do tipo de
antena e rádio a ser utilizada.
A tecnologia Wimax possui dois tipos de arquitetura possíveis que são:
• Arquitetura ponto-a-ponto: Permite apenas a comunicação entre a estação base e as estações
assinantes, ou seja, toda comunicação de uma estação de assinante passa sempre pela estação
base.
• Arquitetura ponto-multiponto: Nesta arquitetura, a comunicação pode ser passada através
das estações assinantes, sem passar pela estação base.
O IEEE 802.16 é o padrão para transmissão sem fio ponto-a-ponto e ponto-multiponto para estações
fixas e projetada para atingir até 50 km, utilizam faixas de freqüência entre 2 GHz e 11 GHz, embora esteja
operando no Brasil em apenas três diferentes freqüências, a de 3,5 GHz, que exige licitação e suporta o
padrão fixo; a de 2,5 GHz (também licitada), que concentra principalmente os provedores de MMDS
(Multichannel Multipoint Distribution Service) e suporta o padrão móvel; e a de 5,8 GHz, também utilizada
pelo padrão fixo, porém não-licitada.
O Wimax apresenta três modos de operação, que são: Single Carrier, OFDMA e OFDM, sendo o
último o modo mais comumente utilizado.
O modo Single Carrier consiste em enviar os símbolos de maneira serial, ou seja, um de cada vez
enquanto o modo OFDM consiste na transmissão paralela de dados, os símbolos são enviados em sequência
e o espectro ocupa toda a faixa de frequências disponível.
O padrão Wi-Fi utiliza antenas de pequena potência, com alcance de algumas dezenas de metros,
diferentemente do Wimax que utiliza antenas mais potentes, com maior alcance, porém o alcance depende de
vários fatores, como o tipo de antena, a topografia do terreno, bem como a presença de árvores, rios e
prédios.
O grande atrativo do Wimax é que dispensa a instalação de cabos ligando o prestador aos assinantes.
Torna-se economicamente viável oferecer banda larga em regiões onde outros tipos de conexão não
compensam, devido ao alto custo de instalação das outras tecnologias. É possível oferecer banda larga de
custo aceitável em bairros afastados e em regiões rurais, a cerca de 10 a 20 quilômetros do centro da cidade
ou em locais onde não é oferecido outras tecnologias.
Os principais serviços oferecidos pelo Wimax são: Acesso à Internet por banda larga (móvel e fixa),
telefonia fixa através de VoIP, telefonia móvel através de VoIP e tv via internet.
Suas principais características são:
• Suporta múltiplas especificações na camada física;
• Estabelece uma rede integrada, compartilhando os recursos e diminuindo os custos da rede;
• Possibilita a conexão direta da rede principal de internet com a rede doméstica;
• Altas taxas de transmissão de dados;
• Redução nos custos com infra-estrutura de banda larga para conexão com o usuário final,
principalmente no que diz respeito a custos com cabeamento;
• Permite acesso à internet mesmo quando se está em movimento;
• Apresenta um recurso de qualidade de serviço (QOS) devido à baixa latência para serviços
sensíveis ao retardo, como por exemplo, a voz sobre IP (Voip);
A comunicação Wimax funciona da seguinte forma: Um rádio digital de alto desempenho ligado a
uma antena transmissora conectada preferencialmente por fibras ópticas em uma rede IP de alta velocidade,
transmite os dados para os assinantes por ondas de rádio, cada assinante recebe os dados através de um
receptor. Nas ligações ponto-a-ponto são utilizadas antenas unidirecionais e o alcance chega a 50 km,
enquanto nas ligações ponto-a-multiponto são utilizadas antenas omnidirecionais, que têm alcance menor,
porém irradiam em todas as direções. Os assinantes acessam a rede Wimax através desse tipo de ligação.
Sem visada, a distância entre a ERB e o receptor não pode passar de 8 km. (VASCONCELOS,
2008).
6
2.4
Casos similares
Abaixo, serão apresentados dois casos similares ao caso tratado neste artigo, o primeiro foi
implantado no município de Ouro Preto em Minas Gerais e o segundo em Parintins, no estado do Amazonas.
Ambos os projetos fazem parte do programa World Ahead e foram criados em parceria com CPqD,
Embratel, Cisco, Proxim, Fundação Bradesco, Universidade Estadual do Amazonas, Universidade Federal
do Amazonas e Universidade de São Paulo.
É bom frisar que tanto o projeto tratado neste artigo quanto os dois casos similares apresentados
abaixo, apresentam o mesmo foco, garantir acesso à internet nas escolas, uma vez que a escola é sempre um
local com prioridade de acesso. Nestes casos, observa-se a utilização de Wimax, apenas quando as distâncias
são maiores que as suportadas pelo Wi-Fi, já que o custo dos equipamentos Wimax é significativamente
maior. (LADOCICCO, 2007).
2.4.1
Apresentação de um caso similar implantado no município de Ouro Preto – MG utilizando a
tecnologia Wimax.
Muitas cidades no Brasil apresentam dificuldades de obter acesso à internet, devido à distância dos
grandes centros urbanos, topologia irregular e custo benefício, dentre outros problemas. O caso apresentado
a seguir, mostra a solução que foi adotada no município de Ouro Preto no estado de Minas Gerais, onde foi
implantada de forma pioneira, a tecnologia Wimax com sucesso, solução esta, similar à solução proposta
neste artigo conforme será visto mais adiante na seção 4.
Em 2005, na cidade de Ouro Preto, foi implementado projeto Ouro Preto cidade digital, com objetivo
de disponibilizar a conexão de escolas à internet com tecnologia sem fio Wimax em parceria com a Intel sob
direção da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) e com participação da Prefeitura Municipal de Ouro
Preto, Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), Anatel, Sec&T, Secretaria de Estado de Educação de MG
e Telemar.
Dentre os problemas que motivaram a implantação da tecnologia Wimax no município de Ouro
Preto, os principais foram: a sua topografia irregular, que dificulta comunicação, devido à falta de visada em
alguns pontos e a ausência de conexão de banda larga em grande escala.
Para isto, foi instalada a ERB no campus da UFOP e nos locais citados abaixo foram colocadas
estações receptoras de sinal:
• Escolas municipais de 5ª a 8ª e estaduais de ensino médio.
• Sec.Educ. da Prefeitura Municipal de Ouro Preto
• Departamento de Computação da UFOP
• Órgãos municipais (biblioteca, planejamento, saúde e cultura)
• Telecentro Auta de Souza (Morro Santana)
• Agência de Desenvolvimento Econômico e Social de Ouro Preto (ADOP)
O provimento de acesso é feito pela Rede Educacional: RNP e pela Telemar, cada uma
disponibilizando uma banda de 2 Mbps.
Inicialmente, foram usados como teste, equipamentos das empresas Aperto e Alvarion, operando em
3,5 GHz, mas posteriormente foram utilizados apenas rádios de fabricação da empresa Aperto, trafegando na
freqüência pública de 5,8 GHz e banda passante nominal de 20 Mbps por setor. Cada setor pode ter um
lóbulo de 60 º ou 90º com taxa efetiva de aproximadamente 14 Mbps. (CAVALCANTI, 2005).
A rede municipal de ensino de Guaíba-RS apresenta problemas semelhantes aos problemas do caso
citado acima, pois em ambos, a idéia é conectar diversos pontos à Internet, em lugares onde a rede cabeada
não atenda, ou atenda fornecendo uma banda de baixa velocidade.
Com a utilização da tecnologia Wimax, em pontos que a distância entre a ERB e as estações
receptoras de sinais não passe de 8 km, não há a necessidade de visada, o que torna a tecnologia apropriada
em ambos os casos. Sendo que em cada projeto, há peculiaridades e devido a isto, deve-se avaliar qual
equipamento melhor cumpre as exigências dos usuários. No caso da rede municipal de ensino de Guaíba
verificou-se que a maioria das escolas localizam-se em regiões que não há disponibilidade de redes ADSL,
nem cabeadas, deixando-as isoladas do mundo digital. Este é um dos problemas a serem estudados durante a
elaboração do estudo de viabilidade.
2.4.2
Apresentação de um caso similar implantado no município de Parintins – AM utilizando a
tecnologia Wimax.
Em 2006, na cidade de Parintins AM, foi implantada a solução Intel e Proxin, para Wimax e Wi-Fi.
7
Parintins é uma cidade fluvial localizada a 369 km de Manaus e com a implantação da tecnologia
Wimax, se tornou a cidade mais remota do Brasil a possuir acesso à internet.
O projeto interligou 80 computadores, estes, distribuídos entre 2 escolas, um posto de saúde e um
centro comunitário, abrangendo um raio de até 48 km. Os rádios Wimax recebem neste projeto, um sinal
full-duplex via satélite de 2 Mbps.
Para este projeto, a empresa Cisco forneceu seis access points Cisco AIRAP1121G, um roteador de
serviços integrados Cisco 1841 ISR Series e dois switches Cisco Catalyst 2940 Series. O CPqD, parceiro da
Intel na implementação de infovias municipais (serviços, aplicações e infra-estrutura da rede de
comunicações comunitária do município), foi responsável pelo planejamento, projeto, especificação e
instalação da infovia de Parintins e da rede WLAN (rede local sem fio) nas escolas e posto de saúde, bem
como pela integração de todos os recursos e atividades relacionadas ao projeto. A Embratel participou com o
serviço Business Link, através de um segmento espacial entre Parintins e Manaus. A Universidade da
Amazônia implantou um programa de Telemedicina em conjunto com a Escola de Medicina da Universidade
de São Paulo. A Universidade estadual do Amazonas colaborou com o treinamento dos alunos via
videoconferência, pesquisas na área de saúde e tele-consultas. A Proxim forneceu as estações rádio-base
Tsunami MP.16 e as licenças de uso. Antes, a cidade era atendida somente com um ponto de internet via
satélite do Governo Eletrônico Serviço de Atendimento ao Cidadão (GESAC), programa do governo federal,
com um único computador. A velocidade era de 64 Kbps. Com a conexão da Embratel, a velocidade passou
para 1 Mbps. Em Parintins, a Intel e a Fundação Bradesco treinaram 24 professores por meio de suas
iniciativas educacionais: o 'Programa Intel Educação para o Futuro', que ensina os professores como usar a
tecnologia para melhorar a maneira com que os alunos aprendem; e o 'Programa Intel Aprender' que prepara
estudantes menos privilegiados, com idades entre 10 e 18 anos, para o mercado de trabalho. O posto de saúde
passou a contar com um sistema de videoconferência, para permitir que os médicos locais possam se
comunicar com especialistas em Manaus e outras cidades. (JOHNSON, 2006)
Diferentemente do projeto implantado em Ouro Preto, que utilizava uma freqüência não licenciada
de 5,8 Ghz, em Parintins a freqüência utilizada foi a de 3,5 Ghz licenciada pela Anatel, através de uma
parceria com a Embratel que possui autorização para operar nesta faixa de freqüência.
2.5
VOIP
VOIP (voice over Internet protocol) é uma tecnologia que possibilita o uso de redes IP como o meio
de transmissão de voz, ou seja, permite telefonar através da mesma infra-estrutura que torna a Internet
possível.
As principais características da tecnologia VOIP:
• Comutação baseada em pacotes, diferente das redes de telefonia convencional que a comutação é
baseada em circuitos.
• As amostras de voz digitalizadas são acumuladas em pacotes (datagramas IP) e enviadas pela
rede IP.
Existem muitas formas de se utilizar a tecnologia VOIP, como por exemplo:
• Softphones (PC para PC): São softwares para comunicação VOIP, disponíveis na internet para
download. Esse é um dos recursos mais comuns e que exige menos investimento, pois basta ter
um computador com o software de VOIP instalado e um headset (telefone com microfone) para
falar, mas é importante salientar que para que se estabeleça a comunicação, é preciso que os dois
usuários estejam on-line e possuam o mesmo software instalado em seus computadores.
Os softwares mais utilizados hoje em dia são: Skype, Idefisk, Xlite, Express talk, Xten, dentre
outros.
• Hardphone (telefone IP para telefones convencionais): São aparelhos telefônicos que possuem
entrada para a rede de internet, basta conectá-lo à internet, ligar na energia e estar fazendo as
configurações do VOIP. Ligações entre telefones VOIP o custo é zero, mas de telefone VOIP
para telefones convencionais é necessário contratar um provedor de serviços VOIP e comprar
créditos para as ligações. SkypeOut, TVA Voz e Vono (da GVT) já oferecem esse recurso. Os
custos das ligações para o exterior, utilizando estes softphones é aproximadamente 75 % mais
baratos.
• Hardphone (telefones normais – ATA’s): Para quem não quer comprar um telefone IP, há ainda
a opção de adquirir um ATA (Analog Telephone Adaptor), é um conversor que é conectado ao
telefone convencional e à rede, transformando o telefone convencional em um telefone IP.
8
•
3
Solução Asterisk: É uma solução opensource e free, que funciona como uma central telefônica
digital e pode ser utilizada em ambientes domésticos também. A grande vantagem do Asterisk é
que ele faz todo um gerenciamento dos ramais e da central telefônica. (GOMES, 2005).
AVALIAÇÃO DO AMBIENTE
Visando propiciar ao município de Guaíba condições técnicas para implantação do software i-educar,
sistema este oferecido gratuitamente pelo governo federal, será efetuado uma avaliação do ambiente e
levantamento dos motivos pelo qual o município hoje não pode implantar o software i-educar, software este
que o município de Guaíba, localizado na região metropolitana de Porto Alegre mostrou interesse em
adquirir para implantação em sua rede de ensino.
Hoje, as dezesseis te escolas da rede municipal de ensino, mais a Secretaria de educação possuem
uma conexão ADSL fornecida pela concessionária OI com velocidade de 1 Mbps, mas segundo as
informações fornecidas pelo setor de TI do município, a velocidade efetiva não passa de 256 Kbps, o que
impossibilita a implantação deste software devido à baixa vazão do canal de dados. Foi verificado que o
município não é contemplado por conexões de banda larga de qualidade, visto que não há rede xDSL em
todos os bairros, nem mesmo conexão via cabo.
Como a implantação de uma rede xDSL ou cabeada em todos os bairros seria inviável
financeiramente devido ao custo de investimento pelas empresas de telefonia e conseqüente baixo retorno,
estudou-se a implantação de uma rede sem fio, pois esta rede não depende de infraestrutura local
(cabeamento, linhas telefônicas entre outras).
Dentre os tipos de tecnologias sem fio existentes (Bluetooth, Wi-Fi, Wimax e satélite), a tecnologia
Wimax é a que apresenta as melhores características técnicas para ser implantada no município, em
substituição à conexão existente hoje, pois possui altas taxas de transmissão de dados, QOS, segurança
(criptografia) e abrange distâncias de até 50 km com visada e 8 km sem visada, e no caso da solução Wimax
Canopy da Motorola, a abrangência fica entre 3,2 km sem refletor e 16 km com refletor em uma conexão
ponto-multiponto. Conexões ponto-ponto podem alcançar distâncias de até 56 km.
Conforme apresentado abaixo, na tabela 1, todas as escolas atendidas no projeto estão distantes entre
0,95 km e 10,75 km do local onde será instalado a ERB e levando em conta que há visada para todas as
escolas, será utilizado conexão tipo ponto-multiponto, onde toda comunicação de uma estação de assinante
passa sempre pela estação base.
Baseado nas informações citadas acima, tanto a solução Wimax, quanto a solução Wimax Canopy
podem ser implantadas no projeto, porém mais adiante no artigo, será efetuado um comparativo entre
equipamentos das soluções citadas acima e com base neste comparativo, será escolhida a melhor solução
para o projeto.
Tabela 1 – Relação das escolas e secretaria de educação com seus endereços e distância entre a ERB e
a estação receptora de sinal.
Escola
Endereço
Distância entre a
escola e a ERB
EMEF. Amadeu Bolognesi
Rua Flávio Santana, s/nº - Bairro Colina.
2,2 km
EMEF. Anita Garibaldi
Rua Mário Fernandes da Cunha, nº 209 - Bairro
Alegria.
Rua Urias Lugon, nº 121 - Bairro Columbia City.
1,4 km
2,5 km
EMEF. Darcy Berbigier
Rua Capitão Pedro Timóteo da Rosa, nº 475 Bairro Vila Iolanda.
Rua Marechal Floriano, s/nº - Bairro Alvorada.
EMEF. Inácio de Quadros
Rua Dona Frutuosa, s/nº - Bairro Coronel Nassuca.
0,95 km
EMEF. José Carlos Ferreira
Rua José C. Ferreira - Bairro Pedras Brancas.
10,75 km
EMEF. Liberato Salsano Vieira
da Cunha
EMEF. Máximo Laviaguerre
Bairro Passo Fundo.
3,4 km
Rua Bom retiro, 21 - Bairro Passo Fundo.
6,25 km
EMEF. Arlindo Stringhini
EMEF. Breno Guimarães
9
3,9 km
2,1 km
EMEF. Rio Grande do Sul
Rua João Goulart, nº 120 - Bairro Vila Jardim.
3,9 km
EMEF. Santa Catarina
Rua Bom Retiro, s/nº - Bairro Passo Fundo.
6,6 km
EMEF. Santa Rita de Cássia
Rua Cuiabá, s/nº - Bairro Jardim Santa Rita.
4,8 km
EMEF. São Francisco de Assis
Rua C-5, Quadra C-8 - Bairro Colina.
1,55 km
EMEF. São Paulo
Bairro Morro Santana.
9,8 km
EMEF. Senador Teotônio
Brandão Vilella
EMEF. Zilá Paiva Rodrigues
Jardim
Secretaria Municipal de
Educação
Rua José Curto, s/nº - Bairro Bom Fim.
4,65 km
Rua Honório Lemos, nº 181 - Bairro Jardim dos 5,25 km
Lagos.
Avenida Nestor de Moura Jardim, nº 111 - Bairro 1,45 km
Centro.
Conforme pode ser observado na figura 3, a torre da concessionária OI, fica localizada próximo a
região central do município, região esta que é contemplada com conexão cabeada, o que viabiliza a
implantação do projeto, pois a concessionária OI disponibilizará a banda necessária para o projeto. Outra
opção é o fornecimento do sinal via satélite, como no caso similar citado anteriormente referente a
implantação da tecnologia Wimax no município de Parintins no Amazonas.
A torre onde será instalado o rádio transmissor, fica localizada no ponto mais alto do município,
mais precisamente na rua Dona Frutuosa número 885 e possui visada para a secretaria de educação e quase
todas as escolas contempladas no projeto. A exceção são as escolas EMEF. Santa Catarina e EMEF. São
Paulo, mas mais abaixo será mostrado que estas escolas também receberão o sinal com a mesma qualidade
que as demais.
A proposta é instalar uma Estação Rádio Base (ERB) no ponto definido acima que transmitirá o sinal
via rádio para todas as escolas. Em cada escola será instalado um receptor de sinal que receberá o sinal de
internet de alta qualidade.
Figura 3 – Mapa identificando a ERB onde serão instalados os módulos transmissores e as escolas que
receberão os receptores de sinal - Adaptado de Google,2010.
10
4
SOLUÇÃO
Para apresentar uma solução para o problema citado anteriormente, foi necessário o cumprimento de
algumas etapas. Já tendo sido decidido a tecnologia a ser aplicada, Foi feito um comparativo entre os
equipamentos mais utilizados e, tendo em base este comparativo, pode-se escolher aquele que possui as
características técnicas que melhor atendem as exigências do projeto, pois são equipamentos de custo
elevado que, em caso de uma escolha equivocada, gerará um enorme prejuízo para o cliente. Após a escolha
dos equipamentos, o projeto está pronto para iniciar a próxima etapa, que é a implantação propriamente dita
dos mesmos e suas devidas configurações e testes.
4.1
Comparativo entre os rádios Motorola Canopy Access Point 5.7ghz - 5750ap e Parks
Netair 1100
X
Figura 4 – Cluster de rádios Motorola Canopy Access Point 5.7ghz - 5750ap e rádio Parks NetAir 1100
- Adaptado de Google,2010.
Acima, na figura 4, observa-se a imagem dos rádios que constam no comparativo apresentado na
tabela 2, que está logo abaixo. Este comparativo é referente aos rádios das empresas Motorola e Parks,
estudados no projeto, que são os rádios mais utilizados nos projetos que utilizam a tecnologia Wimax.
Cabe salientar que além destes fabricantes de rádios para Wimax, existem muitos outros fabricantes,
como por exemplo: CISCO (Estados Unidos), LINEAR (Estados Unidos), ALVARION (Israel), APERTO
NETWORKS (Estados Unidos), SIEMENS (Alemanha), AIRSPAN (Inglaterra), dentre outras.
Tabela 2 – Comparativo dos rádios estudados no projeto.
Módulo Canopy Access Point 5.7ghz Netair 1100
- 5750ap 20mbps (AP)
Fabricante
Motorola
Parks
Faixa de freqüência
5725 a 5850 Mhz
5735 a 5835 Mhz
Potência de transmissão
Até 30 dB
Até 21 dB
Faixa operacional com visada 3,2 km
8 km
Faixa operacional sem visada
56 km
50 km
Custo
R$ 4.154,00 x 6
R$ 9.048,00
Método de acesso
TDD/TDMA
TDD
Temperatura de operação
-40 C a +55 C
0 C a +55 C
Padrão
IEEE 802.16d
IEEE 802.16d
Tipo de modulação
BFSK
OFDM,
64QAM,
16QAM,
QPSK e BPSK
Interface
10/100 Base T
10/100 Base T
Garantia
1 ano
1 ano
Com base no comparativo apresentado acima na tabela 2, foi verificado que a unidade de rádio
NetAir 1100 possui características técnicas que melhor se adequam às exigências do projeto, pois sua faixa
operacional é superior à faixa operacional do rádio Canopy Subscriber Module 5.7 GHz - 5700 (SM), pois as
escolas EMEF. Santa Catarina e EMEF. Liberato Sal. Vieira da Cunha, não possuem visada direta e estão
acima das exigências do rádio Canopy Subscriber Module 5.7 GHz - 5700 (SM), que limita a distância sem
visada a 3,2 km, para atingir esta distância seria necessário a aquisição de antenas refletoras de sinal, que
aumentaria a abrangência para 16 km, mas oneraria mais o projeto, pois cada refletor custa em média R$
Equipamento
11
307,98. Já o rádio NetAir 1100 abrange uma distância de até 8 km sem visada e uma taxa de transmissão de
até 15 Mbps.
As escolas citadas acima, estão respectivamente a 6,6 km e 3,4 km de distância da ERB. Outro
detalhe é o custo para aquisição dos equipamentos NetAir, que é menor e possuem maior potência de
transmissão. Este rádio atua na freqüência 5.8 Mhz, que é considerada de livre utilização, com menor
poluição de RF (ruído ou batimento) e melhor desempenho do link, podendo atender de forma satisfatória os
clientes em um raio de até 50 km.
Os rádios NetAir possuem outra grande vantagem em relação aos rádios da solução Canopy, trata-se
da modulação, pois estes rádios trabalham com vários tipos de modulação, como a modulação OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplex), que consiste na transmissão paralela de dados em diversas subportadoras, com modulação QAM ou PSK e com taxas de transmissão por sub-portadora tão baixas quanto
maior for o número destas, QPSK (Quadriphase-Shift Keying), BPSK (Binaryphase-Shift Keying) e a
modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Estas modulações possuem vantagens e
desvantagens na utilização, mas utilizando a solução Wimax com rádios NetAir, pode-se utilizar
concomitantemente mais de um tipo de modulação.
Conforme pode ser visto na figura 5 abaixo, a modulação QPSK pode ser utilizada para atingir
pontos mais distantes, no caso pode ser utilizada para transmitir sinal para as escolas que estão a mais de 2
km da ERB. Já as modulações QAM16 e QAM64 não cobrem as distâncias conseguidas pela modulação
BPSK e QPSK, principalmente o QAM64, porém a qualidade de sinal é superior para esse tipo de
modulação. Assim, se pode utilizar estas modulações para transmitir sinal para as escolas que estão a menos
de 2 km da ERB (QAM16) e 1 km (QAM64).
Figura 5 – Tipos de modulação em uma conexão sem fio – Adaptado de Google, 2010.
A utilização de mais de uma modulação faz com que os usuários mais próximos sejam atendidos
com a excelente qualidade de serviço da modulação QAM, e os mais longínquos também sejam atendidos
com a modulação BPSK e QPSK, embora a qualidade de serviço não seja a mesma. Já a solução Canopy
trabalha apenas com um tipo de modulação, a BFSK, que apresenta o inconveniente de ocupar uma banda de
freqüência bastante alta, devido a estas variações bruscas de freqüência em função da transição de bits, além
possibilitar taxas de transmissão relativamente baixas.
Demais características técnicas do rádio NetAir 1100 que não foram contempladas no comparativo
acima:
• Segurança: Autenticação por certificados, MAC Filter (conexão apenas para MACs autorizados,
proteção do modo de configuração com senha de 2 níveis e utiliza o padrão de criptografia 3DES
que já foi descrito anteriormente no trabalho.
• QOS: Classificação e marcação de pacotes, DiffServ para priorizar os pacotes classificados.
• Indicador auditivo para alinhamento da antena.
• Indicador via software (comandos ou WEB) de nível de sinal, para facilitar o alinhamento de
antena.
• Gerenciamento e configuração: Interface gráfica baseada em HTML para configuração e
monitoramento do equipamento local e remoto via WEB Browser, telnet, atualização de
firmware no equipamento local e remoto via FTP e porta serial interna para manutenção de
debug do equipamento.
• Características mecânicas: Gabinete de alumínio com proteção contra UVB, antena integrada,
pode ser fixada à paredes ou mastros, com ajuste flexível para obter-se o melhor ajuste da antena
12
e válvula de pressão para equalização interna do equipamento com o ambiente externo, evitando
a degradação prematura dos componentes eletrônicos.
4.2
Definições pré-implantação
Foi efetuado um estudo de campo e constatado que as escolas que estão localizadas a mais de 8 km
da ERB, no caso, as escolas EMEF. José Carlos Ferreira e EMEF. São Paulo, que estão respectivamente a
10,75 km e 9,8 km da ERB, possuem visada, o que torna viável o projeto.
O grande diferencial no custo do rádio NetAir em relação ao rádio Canopy Access Point 5.7ghz 5750ap é que o rádio NetAir possui uma área de abrangência de 360 graus, enquanto o outro abrange apenas
60 graus, sendo necessário a instalação de 6 módulos.
Além das características técnicas do equipamento citadas acima, podemos citar alguns fatores que
motivaram a indicação do rádio NetAir 1100, conforme abaixo:
• Custo x benefício: Levando-se em conta que não há gastos com cabeamento entre a ERB e as
escolas, o custo limita-se a aquisição dos equipamentos:
• Confiabilidade comprovada: Superior a 99.5%.
• Escalabilidade: Possibilidade de adicionar novos clientes sem preocupação em diminuição na
qualidade do serviço ou problemas de interferência.
• Imediata implementação: A instalação e configuração dos rádios é muito simples e rápido,
podendo ser instalados em poucas horas.
Os rádios NetAir oferecem acesso à internet em alta velocidade e agilidade na implantação, além de
estar em conformidade com a legislação vigente. A mais recente regulamentação sobre o uso da
rádiofreqüência para transmissão de dados é a resolução número 365 de 10 de maio de 2004, da Anatel.
O ponto fraco dos equipamentos NetAir está na compatibilidade, pois estes equipamentos só são
compatíveis com dispositivos do mesmo fabricante.
A banda a ser implementada no projeto é de 4 Mbps, fornecida pela concessionária OI, proprietária
da torre onde serão instalados os rádios transmissores (AP).
A implantação da tecnologia Wimax na rede municipal de ensino da cidade de Guaíba proporciona
muitas vantagens, dentre muitas já citadas no projeto, pode-se acrescentar a utilização da voz sobre IP
(VOIP), que pode gerar uma grande economia para o município, pois o serviço utiliza a rede de dados para o
tráfego de voz sem custo adicional, propiciando a transmissão de voz entre as unidades sem tarifação. A
idéia não é substituir toda a rede de telefonia convencional do município pelo serviço de VOIP e sim utilizar
os Softphones para ligações entre as escolas e demais órgãos do município, pois para que seja feita uma
substituição total, seria necessária uma vazão muito maior, o que elevaria o custo do projeto.
Existem muitos serviços de VOIP disponibilizados gratuitamente na internet que podem ser
instalados nos computadores e utilizados de forma gratuita, conforme citados na seção 2.4 (VOIP). Cabe a
secretaria de educação do município a escolha do software a ser utilizado, pois o estudo de viabilidade
proposto neste artigo não contempla um estudo aprofundado sobre este tipo serviço.
Segundo mostra a figura 6, localizada na página 14, em cada escola será instalado um rádio NetAir
1101-SS-A-SS-A (CPE com antena integrada) . O alcance deste rádio é de 8 km sem visada e 50 km com
visada. A antena integrada possui ganho mínimo de 22dBi, com polarização vertical ou horizontal e potência
máxima de 6 Watts.
Conforme detalhado abaixo na tabela 3, o custo total com aquisição dos equipamentos é de R$
56.189,00. É bom salientar que o estudo não incluiu os custos com a instalação dos equipamentos e
cabeamento interno.
Tabela 3 – Custo com aquisição de equipamentos.
Equipamento
Custo unitário Custo total
Rádio Parks modelo Netair 1100
R$ 9.048,00
R$ 9.048,00
Rádio NetAir 1101-SS-A-SS-A (com antena integrada)
R$ 2.303,00
R$ 39.151,00 (17 unidades)
Access point LINKSYS-WAP54G-LA
R$ 235,00
R$ 7.990,00 (34 unidades)
Tratando-se da rede LAN do cliente, visando proporcionar mobilidade e redução de custo com
implantação de infra-estrutura cabeada, é recomendado o uso da tecnologia Wi-Fi, utilizando pontos de
acesso (AP) suficientes para atender a associação de 5 estações de trabalho por ponto de acesso, desta forma
o compartilhamento de banda de cada AP de tecnologia 802.11a/g, com velocidade de 54 Mbps, não irá
prejudicar as estações quanto a sua velocidade de transmissão e recepção. Com cinco estações associadas por
ponto de acesso, mesmo que todas estejam em operação, é possível garantir a vazão média de 10 Mbps por
13
estação.
A idéia é disponibilizar internet na secretaria da escola e na biblioteca, (aproximadamente 8
computadores por escola) e um AP na secretaria de educação. Será instalado inicialmente, 2 APs em cada
escola, sendo que um ficará na sala da secretaria da escola e outro na biblioteca. Mas cabe ressaltar que se
pode aproveitar a estrutura já existente nas escolas que possuam rede cabeada.
Após pesquisa entre vários fornecedores de access points, como D-Link, Linksys, Furukawa,
Siemens e Sunix, o modelo recomendado para utilização no projeto foi o LINKSYS-WAP54G-LA, pois este
equipamento atende todas as necessidades técnicas do projeto, como por exemplo: atende o padrão Wireless:
IEEE 802.11b/g 54 Mbps e os protocolos de criptografia WEP/WPA/WPA2, além de possuir 3 anos de
garantia. Cabe salientar que o município é livre para escolher outro modelo de AP, pois o modelo citado
acima é apenas uma recomendação, mas quanto aos rádios transmissores e receptores, não podem ser
mudados sob pena de inviabilizar o projeto.
Conforme mostra a figura 6, será instalado na ERB, um rádio NetAir 1100 que possui as mesmas
características técnicas do rádio NetAir 1101-SS-A, mudando apenas sua funcionalidade, pois enquanto o
NetAir 1101-SS-A é um rádio receptor de sinal, o NetAir1100 é o rádio transmissor.
Figura 6 – Topologia Ponto-Multiponto - Adaptado de Telefônica, 2010.
4.3
Funcionamento
Abaixo, no quadro 1, serão apresentadas as etapas do estabelecimento de uma seção entre o rádio
transmissor e o rádio receptor.
Etapa
Quadro 1 – Estabelecimento de seção entre estação transmissora e estação receptora
Etapa 1 Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
Etapa 6
Etapa 7
Scan
Ranging
Requisição de
capacidade
Autorização
Requisição de
registro
Inicialização do
DHCP
Sincronização
14
Etapa
8
temporal
Conexões de
transporte criadas
Abaixo serão detalhadas as etapas necessárias para o estabelecimento de seção entre a estação
transmissora e estação receptora citadas no quadro 1, mostrado acima.
• Etapa 1 (Scan): A estação receptora faz uma busca (scan) por um canal de downlink e estabelece
sincronização com a ERB.
• Etapa 2 (Ranging): Inicia-se o ajuste dos parâmetros locais (ranging): O processo é iniciado com
a estação receptora enviando uma mensagem de requisição de ranging MAC. Caso ela não
receba uma resposta, é efetuada uma nova requisição, usando uma potência de transmissão mais
alta. Se a resposta indica sucesso, a estação receptora está pronta para enviar dados no canal de
uplink, caso contrário ela deve efetuar as correções e enviar um novo pedido de ranging. O
processo se repetirá até que seja obtido sucesso na requisição.
• Etapa 3 (Requisição de capacidade): A estação receptora envia para a ERB uma mensagem de
requisição de capacidades descrevendo-as em termos dos níveis de modulação suportados,
esquemas e taxas de codificação e métodos de duplexação. A ERB aceita ou nega a admissão de
uma estação receptora com base nas suas capacidades.
• Etapa 4 (Autorização): A ERB conduz um processo de autorização da estação receptora para que
ela possa entrar na rede, o que inclui a troca chaves de segurança entre a ERB e a estação
receptora.
• Etapa 5 (Requisição de registro): A estação receptora envia uma mensagem de requisição de
registro para a ERB e esta envia uma resposta à solicitação de registro da estação receptora. A
troca de mensagens de registro inclui suporte a parâmetros como versão do protocolo IP,
gerenciamento de SS, parâmetros ARQ, opção de classificação, CRC e controle de fluxo.
• Etapa 6 (Inicialização do DHCP): Nesta etapa, a estação receptora inicializa o DHCP para obter
um endereço IP e outros parâmetros os quais viabilizam o estabelecimento de conectividade IP
com a ERB. A estação receptora usa o protocolo TFTP (Trivial File Transfer Protocol) para
obter os parâmetros operacionais. Este protocolo é muito semelhante ao FTP (File Transfer
Protocol), a diferença está na porta a ser utilizada, pois enquanto o protocolo TFTP utiliza UDP
na porta 69 como protocolo de transporte, o protocolo FTP utiliza TCP na porta 21.
• Etapa 7 (Sincronização temporal): Neste momento é efetuada a sincronização temporal, isto é, a
estação receptora e a ERB sincronizam data e a hora atuais.
• Etapa 8 (Conexões de transportes criadas): Por fim, as conexões de transporte são criadas depois
que as etapas de registro e de transferência de parâmetros operacionais são finalizadas.
Na torre da concessionária OI (ERB), localizada na rua Dona Frutuosa número 885, será instalado
um rádio modelo NetAir 1100 que será o rádio transmissor. Este rádio oferecerá uma cobertura para uma
área de até 8.000 km2. Este rádio estará conectado à internet por meio de uma conexão de 4 Mbps, podendo
ser ampliada caso seja necessário futuramente. Esta conexão será fornecida pela concessionária OI que
transmitirá sinal para o rádio transmissor e este disponibilizará a conexão de internet para os rádios
receptores que serão instalados nas escolas contempladas no projeto. Em cada escola será instalado um rádio
modelo NetAir 1101-SS-A que funcionará como um receptor de sinal.
A camada MAC (camada de controle de acesso ao meio) é usada pela ERB para alocar largura de
banda nos canais de uplink e downlink para os assinantes de acordo com suas demandas e onde são feitas as
requisições de retransmissão automáticas e QOS. Possui também na camada MAC a modulação adaptativa,
melhor detalhada na subseção 4.1. Este tipo de modulação permite taxas de dados mais elevadas de acordo
com as condições do canal, melhorando a capacidade do sistema.
Na secretaria de educação e nas escolas EMEF. Anita Garibaldi, EMEF. Inácio de Quadros e EMEF.
São Francisco de Assis será oferecido o serviço sem linha de visão (non-line-of-sight), pois embora estando
próximas a ERB, não possuem visada direta, pois ficam em uma região com bastante edificações. Mas
mesmo não havendo visada direta, estas transmissões de baixo comprimento de onda não são interrompidas
com tanta facilidade por obstruções físicas, pois elas são capazes de difratar mais facilmente, ou se curvarem
aos obstáculos.
O tipo de modulação na escola EMEF. Inácio de Quadros será a modulação QAM64, pois esta está
15
localizada a menos de 1 km da ERB, enquanto na Secretaria de educação e nas escolas EMEF. Anita
Garibaldi e EMEF. São Francisco de Assis, será utilizada a modulação QAM16, pois estas escolas estão
distantes entre 1 km e 2 km da ERB. Estas modulações enviam um sinal de melhor qualidade, mas só podem
ser utilizadas quando as estações receptoras estão próximas da ERB. Nas demais escolas serão utilizadas a
modulação BPSK que é ideal para quando as estações receptoras estão a mais de 2 km da estação
transmissora (ERB). É bom frisar, que o tipo de modulação a ser utilizada é definida na camada física. No
caso das escolas que estão a mais de 2 km da ERB, o serviço disponibilizado será o serviço com linha de
visão, pois estas escolas possuem visada para a ERB. A conexão de linha de visão é mais forte e mais estável
e consegue enviar muitos dados com poucos erros. Além de haver menor interferência no sinal.
Os dados transmitidos, via sinal de rádio, serão criptografados utilizando o protocolo de criptografia
AES, que é o protocolo de segurança de criptografia de dados mais utilizados na tecnologia Wimax. Além do
protocolo AES, foi estudado também a utilização do protocolo 3DES para este projeto, mas embora este seja
o mais seguro de todos os protocolos de criptografia, ele gera uma lentidão na rede devido a complexidade
de suas ações, conforme explicado anteriormente na seção 2.2 (Segurança nas tecnologias sem fio).
Uma vez transmitidos os dados, estes serão entregues para as estações receptoras localizadas nas
escolas e será feito o processo inverso, isto é, será efetuada a decriptação dos dados e entregue ao
requisitante, neste caso, um computador da rede LAN da escola.
5 CONCLUSÃO
O artigo apresenta um estudo de viabilidade que propõe substituir a forma de acesso à internet
existente hoje no município de Guaíba, que não supre a demanda do município, devido a ser uma conexão
com baixa vazão e não estar disponível em toda a região, pois a rede cabeada do município não atende todas
as escolas e não há previsão de expansão desta rede, pois devido ao baixo retorno financeiro que daria a
implantação de uma rede cabeada em todas as escolas, as empresas de tecnologia não possuem interesse em
efetuar investimentos.
O artigo propõe substituir a conexão citada acima pela tecnologia Wimax, que dentre as tecnologias
de acesso à internet utilizadas nos dias de hoje, esta é a tecnologia que possui as características técnicas que
melhor suprem as necessidades do município. Este tipo de tecnologia apresenta uma conexão estável, de
excelente abrangência, podendo cobrir grandes distâncias, onde não há a possibilidade de estabelecer uma
conexão cabeada, ou por problemas técnicos, ou até por inviabilidade financeira e que, hoje, as redes sem
fio, quando bem configuradas, são tão seguras quanto às demais tecnologias de acesso à internet, além de ter
menor custo de implantação, quando comparadas com as tecnologias cabeadas, a implantação desta
tecnologia se mostra como uma das melhores opções no mercado atualmente.
Baseado nas características técnicas da tecnologia Wimax, quanto à abrangência, velocidade e
segurança, conforme mencionado no artigo e, levando-se em conta que a topologia do município é ideal para
transmissão de dados via rádio, pois não há grandes obstáculos naturais, tão pouco problemas que possam
impedir o estabelecimento de uma conexão com sinal de qualidade entre as estações receptoras e a estação
transmissora, é entendido que a viabilidade técnica é total.
Durante o estudo de viabilidade, foram analisados outros projetos similares e, em todos estes
projetos, a satisfação pós implementação foi excelente, o que faz com que cenário quanto a implantação
deste projeto seja muito otimista.
Financeiramente o projeto torna-se viável, pois com um investimento inicial de aproximadamente R$
56.189,00 para aquisição de equipamentos, o município poderá atender demandas que, após implantadas,
irão gerar um retorno considerável. Um exemplo é o caso da economia que será gerada com a implantação
do software de gestão escolar, além da redução de custos de telefonia com a utilização da tecnologia VOIP.
Em relação ao software i-educar, para se ter uma idéia do retorno financeiro, conforme informações da
prefeitura de Itajaí em Santa Catarina, que criou este software, a economia anual após a implantação deste
software chega a R$ 55.000,00.
Foi efetuado um comparativo entre dois modelos de rádio, o Motorola Canopy Access Point 5.7ghz 5750ap e o Parks NetAir 1100, e com base neste comparativo, os modelo escolhido foi o rádio fabricado pela
empresa Parks, pois tecnicamente atende as necessidades do projeto e possui menor custo, além de
possuírem 3 anos de garantia, o que elimina o custo com manutenção dos mesmos, além de possuírem
assistência técnica no próprio estado do Rio Grande do Sul.
Quando se pensa na possibilidade de expansão do projeto, o cenário é muito otimista, pois, levandose em conta que o rádio transmissor é o equipamento mais caro do projeto e em caso de expansão não há
16
necessidade de adquirir um outro rádio transmissor, pois este pode atender todo o município, o custo
adicional será na aquisição de rádios receptores e equipamentos para rede LAN, como os access points por
exemplo.
Tecnicamente, os rádios Wimax podem suportar milhares de usuários por rádio transmissor (ERB)
sem significante perda de qualidade de sinal e velocidade, o que garante que não haverá problemas técnicos
que inviabilizem esta expansão, caso o município resolva optar por expandir sua rede Wimax para os demais
órgãos. É bom ressaltar que, quanto mais órgãos do município forem incluídos no projeto, maior economia
será gerada.
Ainda no quesito expansão, há a possibilidade de o município expandir esta rede para os municípios
vizinhos de Eldorado do Sul e Barra do Ribeiro, que possuem uma topologia similar à topologia de Guaíba
onde foi efetuado este estudo de viabilidade e estão dentro da área de abrangência da ERB. Estes municípios
pagariam um valor mensal pelo acesso, gerando uma fonte de renda para o município de Guaíba, a ser
utilizada no próprio projeto. Outra sugestão a ser acrescentada, é a possibilidade de o município oferecer esta
conexão a pequenas empresas que também pagariam um valor mensal pelo acesso.
As opções de expansão do projeto são inúmeras, as citadas acima são apenas algumas, mas pode-se
expandir o projeto para milhares de usuários, inclusive residenciais, desde que haja interesse do município.
Por não exigir a instalação de cabos, o tempo para disponibilizar a conexão Wimax, é muito rápido,
na verdade é o tempo para instalar o rádio receptor e ligar a estes, access points que distribuirão o sinal via
conexão Wi-Fi. Isto faz com que o Wimax possa ser instalado em feiras e eventos do município e após o
término, ser retirado os equipamentos para utilização em outros eventos. Isto é uma grande vantagem, pois o
município não precisa manter a infra-estrutura quando não é necessária.
Neste artigo, foram apresentadas muitas vantagens que o município de Guaíba pode obter com a
implantação da tecnologia Wimax nas escolas municipais, mas é evidente que o projeto, olhando-o como um
todo, é vantajoso, mas não se pode deixar de relatar que, se for analisado o custo benefício escola por escola,
observa-se que em algumas escolas não haverá retorno financeiro. São escolas que possuem poucos alunos e
são muito pequenas, mas por outro lado, a implantação da tecnologia Wimax nestas escolas, disponibilizará
para os alunos que nelas estudam uma oportunidade de enriquecer seus conhecimentos e até se prepararem
para entrar no mercado de trabalho, em escolas localizadas na região rural do município e a única
oportunidade destas crianças terem acesso à internet é na escola.
Com a implantação deste projeto, Guaíba passará a fazer parte de um seleto grupo de municípios,
que incluem Brasília, Guaratinguetá, Manaus e Itajaí, dentre outros, que se preocupam em oferecer uma
internet de qualidade para seus estudantes e funcionários.
Se o futuro da nação está nas mãos de nossos estudantes, nada melhor que prepará-los para isto e a
inclusão digital com certeza é uma forte aliada para ajudar nossos jovens a se prepararem para o mercado de
trabalho e o futuro.
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