Relatorio Redes Sem Fio

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELE0667 – SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES TELECOMUNICAÇÕES II PROFESSOR : GUTEMBERGUE SOARES DA SILVA

SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES II REDES SEM FIO E REDES MÓVEIS

CLEITON GOMES CLEMENTINO DE NEGREIROS

MAT.: 200621343

EDER TIAGO DA SILVA PINHEIRO

MAT.: 200722000

MAURÍCIO JOSÉ DO NASCIMENTO JÚNIOR 

MAT.: 200420321

 Natal 2013

CLEITON GOMES CLEMENTINO DE NEGREIROS EDER TIAGO DA SILVA PINHEIRO MAURÍCIO JOSÉ DO NASCIMENTO JÚNIOR 

SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES II

Relatório Relatório referente referente a Redes Sem Fios e Redes Móveis, Móveis, apresentado como requisito parcial da terceira unidade da Disciplina Disciplina Sistema de Telecomuni Telecomunicações cações II do Curso Curso de Engenh Engenhari ariaa Elétri Elétrica ca da Un Unive iversi rsidad dadee Federa Federall do Rio Grande do Norte. Orientador: Msc. Gutembergue Soares da Silva

 NATAL 2013

CLEITON GOMES CLEMENTINO DE NEGREIROS EDER TIAGO DA SILVA PINHEIRO MAURÍCIO JOSÉ DO NASCIMENTO JÚNIOR 

SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES II

Relatório Relatório referente referente a Redes Sem Fios e Redes Móveis, Móveis, apresentado como requisito parcial da terceira unidade da Disciplina Disciplina Sistema de Telecomuni Telecomunicações cações II do Curso Curso de Engenh Engenhari ariaa Elétri Elétrica ca da Un Unive iversi rsidad dadee Federa Federall do Rio Grande do Norte. Orientador: Msc. Gutembergue Soares da Silva

 NATAL 2013

AGRADECIMENTOS

Agradecemos, primeiramente a Deus pela presença constante e força em todos os dias em nossas vidas. Agradecemos a UFRN, ao Departamento de Engenharia Elétrica por ter   possibilitado a realização realização deste trabalho. trabalho. Ao Prof Msc. Gutemberg Soares da Silva pela oportunidade de trabalho no momento de conclusão do curso de Engenharia Elétrica. Aos colegas da Engenharia Elétrica que assistiram a nossa apresentação. apresentação. A todos que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho.

O indivíduo está vencido, desde que passou a ter pena de si mesmo, ou começou a  procurar uma desculpa para os seus defeitos.

(Autor Desconhecido)

RESUMO

Uma rede sem fio refere-se a uma passagem aérea sem a necessidade do uso de cabos –  sejam eles telefônicos, coaxiais ou ópticos – por meio de equipamentos que usam radiofrequência (comunicação via ondas de rádio) ou comunicação via infravermelho, como em dispositivos compatíveis com wireless. O uso da tecnologia vai desde transceptores de rádio como walkie-talkies até satélites artificiais no espaço. Seu uso mais comum é em redes de computadores, servindo como meio de acesso à Internet através de locais remotos como um escritório, um bar, um aeroporto, um parque, ou até mesmo em casa, etc. Sua classificação é baseada na área de abrangência: redes pessoais ou curta distância ( WPAN), redes locais (WLAN), redes metropolitanas (WMAN) e redes geograficamente distribuídas ou de longa distância (WWAN). O presente trabalho tem como objetivo apresentar os principais fundamentos,  padrões, características e aplicações dessas tecnologias de redes sem fio e redes móveis, assim como, as vantagens e desvantagens desse tipo de comunicação.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 -

Elementos de uma rede sem fio.................................................................... Características de alguns enlaces de redes sem fio....................................... Mobilidade e grande área de cobertura......................................................... Solução rápida de montagem........................................................................ Redes temporárias......................................................................................... Alternativas de acessos à rede....................................................................... Redes com facilidade de expansão.. .............................................................. Restrição no uso de frequências.................................................................... Terminal A escondido................................................................................... Segurança de baixa privacidade....................................................................

2 2 4 5 6 7 7 8 9 1

Componentes da arquitetura celular 2G GSM..............................................

0 1

Arquitetura da rede de dado e voz celular 2,5G GSM..................................

2 1

Comparativo entre redes 1G, 2G, 3G e 4G...................................................

2 1

Elementos iniciais de uma arquitetura de rede móvel...................................

3 1

Bandas ISM...................................................................................................

5 1

Padrões IEEE 802.11....................................................................................

6 1

Subgrupos IEEE 802.11................................................................................

6 1

Vantagens e desvantagens do infravermelho................................................

7 1

Vantagens e Desvantagens - UHF Banda Estreita........................................

7 1

Exemplo de uma PAN...................................................................................

9 2 0

SUMÁRIO

1. 1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4. 2.

INTRODUÇÃO................................................................................................... Fundamentos e Arquitetura Camadas (Padrões de redes sem fio)....................... Hospedeiros sem fio............................................................................................. Enlaces sem fio..................................................................................................... Estação base.......................................................................................................... Infraestrutura de rede......................... ................................................................... VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS REDES SEM FIO.............................

1 1 1 2 3 3 4

2.1.

Vantagens................................................................................................................... .

4

2.1.1. 2.1.2.

Mobilidade............................................................................................................ Alta imunidade a ruídos........................................................................................

4 4

2.1.3. 2.1.4. 2.1.5. 2.1.6. 2.1.7. 2.1.8. 2.1.9. 2.1.10 2.1.11

Conexão Permanente............................................................................................ Escalabilidade....................................................................................................... Não Usa o Telefone.............................................................................................. Instalação rápida e simples................................................................................... Instalação rápida e simples................................................................................... Baixo Custo de manutenção................................................................................. Facilidade.............................................................................................................. Versatilidade......................................................................................................... Diversas topologias...............................................................................................

5 5 5 5 6 6 6 6 7

. 2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6. 2.2.7. 2.2.8.

Desvantagens........................................................................................................ Custo de implantação............................................................................................ Soluções proprietárias........................................................................................... Restrições.............................................................................................................. Visada Direta........................................................................................................ Qualidade de serviço............................................................................................. Custos................................................................................................................... Segurança.............................................................................................................. Baixa transferência de dados................................................................................

7 7 8 8 8 9 9 9 1

PADRÕES DE REDES SEM FIO .................................................................

0 1

Sistemas Celulares de Primeira e Segunda Geração (1G – 2G)...........................

0 1

3. 3.1.

3.2. 3.3. 3.4.

4. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5.

6. 6.1.

Redes 2,5G e 3G...........................................................................................

0 1

Rede Local sem Fio (WLAN)...............................................................................

2 1

Bluetooth...............................................................................................................

4 1

MECANISMOS DE ENDEREÇAMENTO.....................................................

4 1

TECNOLOGIAS DE LANS SEM FIO ............................................................

4 1

Infravermelho..............................................................................................................

6 1

UHF Banda Estreita....................................................................................................

7 1

IEEE 802.11a..............................................................................................................

8 1

IEEE 802.11b..............................................................................................................

8 1

IEEE 802.11g..............................................................................................................

8 1

BLUETOOTH E REDES PESSOAIS [PERSONAL AREA NETWORKS]......

8 1

Bluetooth vs. Wi-Fi em rede.......................................................................................

9 2

CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................

1 2

REFERÊNCIAS............................................................................................................

2 2 3

1. INTRODUÇÃO 1.1. Fundamentos e Arquitetura Camadas (Padrões de redes sem Fio)

O sistema celular emprega uma abordagem diferente que a maioria dos sistemas de rádio e televisão usa. Sistemas de rádio e televisão normalmente operam com a máxima potência e com as antenas mais altas permitidas pelas agências reguladoras. No sistema celular, a área de serviço é dividida em células. Um transmissor  é projetado para atender uma única célula; o sistema procura fazer uso eficiente dos canais disponíveis para permitir o reuso de frequências em distâncias muito menores. Maximizar o número de vezes que cada canal pode ser reutilizado em uma dada área geográfica é a chave para um projeto eficiente de um sistema celular. Durante as últimas três décadas, o uso de dispositivos sem fio cresceu de maneira extraordinária, aumentando também a complexidade dos dispositivos, cada vez menores e com custo cada vez menor, o que fez as redes sem fio atingirem as grandes massas de maneira muito mais rápida, um exemplo é o aumento do uso da Internet em celulares, notebooks, tablets e etc.  Nesta introdução iremos manter nossa discussão dentro de um contexto geral o bastante para abrangermos uma ampla faixa de redes, como por exemplo, LANs sem fio como a IEEE 802.11 e redes celulares como redes 3G. Dentro deste contexto,  podemos identificar os seguintes elementos de uma rede sem fio:

1.1.1. Hospedeiros sem fio São os equipamentos dos sistemas finais que executam aplicações, por  exemplo, um notebook ligado à rede sem fio.

1

Figura 1: Elementos de uma rede sem fio

1.1.2. Enlaces sem fio Um hospedeiro sem fio se comunica com outro hospedeiro sem fio ou a sua estação-base através de um enlace de comunicação sem fio. Diferentes tecnologias têm taxas de transmissão diferentes, assim como alcances diferentes, dependendo da qualidade do canal, além de outros fatores ligados ao meio de propagação, como  presença de obstáculos, umidade, etc.

Figura 2: Características de alguns enlaces de redes sem fio

1.1.3. Estação base 2

Responsável pelo envio e recebimento de dados de e para um hospedeiro sem fio que está associado a ela. Uma estação base normalmente será responsável pela coordenação da transmissão de vários hospedeiros sem fio com os quais está associada. Podemos citar como exemplos de estações base torres celulares, em redes celulares, e  pontos de acesso em uma LAN 802.11. Quando os hospedeiros estão associados com uma estação base, normalmente diz-se que estão operando em modo de infraestrutura, já que todos os serviços tradicionais da rede, como atribuição de endereço e roteamento são fornecidos  pela rede com a qual estão conectados através da estação base. Em redes ad hoc, hospedeiros sem fio não dispõem de nenhuma infraestrutura desse tipo com a qual se conectar. Sem essa infraestrutura, os próprios hospedeiros devem prover serviços como roteamento, atribuição de endereço, tradução de endereços semelhantes ao DNS e outros.

1.1.4. Infraestrutura de rede É a rede maior com a qual um hospedeiro sem fio pode querer se comunicar. Conhecendo as diversas “partes” de uma rede sem fio, é possível classificá-las de acordo com dois critérios: 1 – um pacote na rede atravessa um salto ou mais saltos sem fio, ou 2 – há uma infraestrutura, com uma estação base na rede. As redes sem fio ainda podem ser classificadas de acordo com a sua área de abrangência, assim sendo elas podem ser redes pessoais ou de curta distância (WPAN), redes locais (WLAN), redes metropolitanas (WMAN) e redes geograficamente distribuídas ou de longa distância (WWAN).

2. VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS REDES SEM FIO 3

O capítulo a seguir traz uma descrição, apresentadas em tópicos, das  principais vantagens e desvantagens das redes sem fios. São abordadas vantagens que vão desde as rápidas instalações desse sistema até a questão de mobilidade, assim como, aborda a questão da segurança como uma das desvantagens que a torna um sistema não confiável.

2.1. Vantagens 2.1.1. Mobilidade Sistemas de Acessos Wireless podem prover aos usuários acesso à Internet em tempo real em qualquer lugar da área de cobertura.

Figura 3: Mobilidade e grande área de cobertura

2.1.2. Alta imunidade a ruídos

Os rádios utilizados operam na frequência 2,4 GHz. Eles trabalham num sistema de espalhamento de frequência ou Spread Spectrum, o que aumenta drasticamente a imunidade às interferências, garantindo a qualidade do sinal e a integridade das informações.

2.1.3. Conexão Permanente

4

Com o Acesso Wireless, a conexão com a Internet é permanente. Você  permanece on-line 24 horas por dia, 7 dias por semana.

2.1.4. Escalabilidade Os Acessos Wireless podem ser configurados segundo diversas topologias de acordo com as necessidades da área de cobertura. As configurações  podem ser facilmente adaptadas desde poucos usuários até centenas.

2.1.5. Não Usa o Telefone A linha telefônica fica livre enquanto você navega na Internet. Não existe tarifação de impulso telefônico.

2.1.6. Instalação rápida e simples Instalação de uma antena externa e um Wireless Modem conectado na rede do assinante.

Figura 4: Solução rápida de montagem

2.1.7. Flexibilidade

5

Dentro da área de cobertura, uma determinada estação pode se comunicar  sem nenhuma restrição. Além disso, permite que a rede alcance lugares onde os fios não  poderiam chegar.

2.1.8. Baixo Custo de manutenção O custo fixo mensal de um Acesso Wireless é menor do que aquele fornecido pela concorrência da rede Ethernet e ainda com a mesma velocidade.

2.1.9. Facilidade A instalação pode ser rápida, evitando a passagem de cabos através de  paredes, canaletas e forros, portanto uso mais eficiente do espaço físico. Redução do custo agregado: mesmo mais dispendiosa que uma rede cabeada, estão agregadas.

Figura 5: Redes temporárias

2.1.10. Versatilidade Melhor utilização dos investimentos em tecnologias existentes como laptops, rede de dados e voz, aplicativos, agilidade nas respostas aos clientes.

6

Figura 6: Alternativas de acessos à rede

2.1.11. Diversas topologias Podem ser configuradas em uma variedade de topologias para atender a aplicações específicas. As configurações são facilmente alteradas, facilidade de expansão, manutenção reduzida.

Figura 7: Redes com facilidade de expansão

2.2. Desvantagens 2.2.1. Custo de implantação Os “Wireless Modems”, em geral, 10 vezes mais caros que os adaptadores para redes sem fio e aproximadamente 2 vezes que os ADSL, porém a 7

implementação de redes sem fio reduz significativamente os custos mensais de manutenção em redes “Wired” o que proporciona uma rápida recuperação do capital investido nestes equipamentos.

2.2.2. Soluções proprietárias Devido ao lento procedimento de padronização, muitas empresas  precisam apresentar soluções proprietárias, oferecendo funções padronizadas mais características adicionais. Porém, estas características adicionais funcionam apenas quando adaptadores do mesmo fabricante são utilizados em todos os nós da rede.

2.2.3. Restrições Todos os produtos sem fio precisam respeitar os regulamentos da ANATEL. Um grande empecilho é a falta de Homologação dos equipamentos por parte dos fornecedores, o que restringe a escolha a muito poucos.

Figura 8: Restrição no uso de frequências

2.2.4. Visada Direta A propagação radioelétrica na freqüência de 2.4 GHz exige ter “Visada Direta” entre as antenas, além de uma cuidadosa engenharia na escolha das mesmas.

8

Figura 9: Terminal A escondido

2.2.5. Qualidade de serviço A qualidade do serviço provido ainda é menor que a das redes cabeadas. Tendo como principais razões para isso a pequena banda passante devido às limitações da radiotransmissão e a alta taxa de erro devido à interferência.

2.2.6. Custo O preço dos equipamentos de Redes sem Fio é mais alto que os equivalentes em redes cabeadas.

2.2.7. Segurança Intrinsecamente, os canais sem fio são mais suscetíveis a interceptores não desejados. O uso de ondas de rádio na transmissão de dados também pode interferir  em outros equipamentos de alta tecnologia, como por exemplo, equipamentos utilizados em hospitais. Além disso, equipamentos elétricos são capazes de interferir na transmissão acarretando em perdas de dados e alta taxa de erros na transmissão.

9

Figura 10: Segurança de baixa privacidade

2.2.8. Baixa transferência de dados Embora a taxa de transmissão das Redes sem Fio esteja crescendo rapidamente, ela ainda é muito baixa se comparada com as redes cabeadas.

3. PADRÕES DE REDES SEM FIO 3.1. Sistemas Celulares de Primeira e Segunda Geração (1G – 2G) Os sistemas celulares de primeira e segunda geração são redes do tipo WWAN. O sistema 1G foi primeiramente implantado nos EUA, com vários padrões incompatíveis surgindo na Europa ocidental, de modo que não havia possibilidade de usar um telefone projetado para um determinado sistema em outro sistema diferente, assim como não havia possibilidade de fazer  roaming  em vários países da Europa. Os sistemas de primeira geração foram projetados para aplicações de voz, e modulação em frequência era utilizada para transmissão de rádio. Durante os anos 80, foi criado o comitê GSM (Global System for Mobile Communications), de forma a definir as tecnologias de rádio a serem usadas no GSM. Em 1986, forma feitos testes de campo avaliando diferentes sistemas propostos para compor a interface aérea do GSM (sistema 2G). As interfaces, protocolos e pilhas de protocolos no GSM são alinhados com os princípios da arquitetura OSI. É uma arquitetura aberta que provê máxima independência entre elementos da rede, simplificando o projeto, o teste e a implementação do sistema. Justamente por causa dessa independência, é possível ter  10

elementos da rede fabricados por fabricantes diferentes, mas operando uma mesma rede GSM sem prejuízos para o sistema. Inicialmente disponível na frequência de 900 MHz, para permitir o roaming em várias partes do mundo foram adotadas as frequências de 1800 MHz e

1900

MHz. Estes sistemas usam uma forma de roaming , no qual o usuário usando seu cartão SIM (Subscriber Identity Module) inserido em um aparelho adequado à rede pode acessar a mesma, desde que a rede tenha cobertura no local onde o usuário está. Logo, se o usuário possui um telefone celular multibanda, o celular pode ser usado em qualquer lugar do mundo. Cada área de cobertura geométrica, no padrão GSM, é conhecida como célula, normalmente ilustrada como um hexágono. Cada célula contém uma estação  base de transceptor (BTS) que transmite sinais para, e recebe sinais de, estações móveis dentro de sua célula. A área de cobertura de uma célula depende de muitos fatores, fatores ambientais e fatores ligados à própria instalação da rede em si. O padrão GSM para sistemas celulares 2G utilizam FDM/TDM para a interface aérea, consistindo de bandas de frequências de 200 kHz, cada banda suportando 8 chamadas TDM. O GSM codifica a voz a 13 kbps e 12,2 kbps. Um controlador da estação base (BSC) da rede GSM pode estar  fisicamente situado com uma BTS, mas normalmente, uma única BSC prestará serviço a dezenas de estações base do transceptor. O papel da BSC é alocar os canais de rádio da BTS a assinantes móveis, encontrar a célula na qual está um usuário móvel e realizar  transferência de usuários móveis. O controlador de estações base e suas estações base de transceptor, coletivamente, constituem um sistema de estação base (BSS) GSM. A central de comutação de unidade móvel (MSC) interpreta o papel central na contabilidade e autorização de usuário, estabelecimento e interrupção de chamada, e transferências. Normalmente, uma única MSC conterá até cinco BSCs, resultando em aproximadamente 200 mil assinantes por MSC. Uma rede de provedor  celular terá um número de MSCs, possuindo MSCs especiais conhecidas como roteadoras das MSCs, conectando a rede de provedor celular à maior rede telefônica  pública. 11

Figura 11: Componentes da arquitetura celular 2G GSM

Figura 12: Arquitetura da rede de dado e voz celular 2,5G GSM

3.2. Redes 2,5G e 3G As redes 2,5G foram pensadas de forma a ser uma extensão do 2G GSM  para prover acesso à Internet com alta velocidade, mas mantendo o núcleo da rede intacto. Esta capacidade complementar é implementada na rede de acesso via rádio, a BSC, e por meio da introdução de uma rede de nós distinta chamadas de Servidor de Nó de Suporte GPRS (SGSN). 12

 Na BSC, os canais FDM/TDM que conduzem o datagrama IP na interface aérea são encaminhados da BSC ao SGSN, que se comunica com a MSC para realizar a autorização do usuário, transferências e outras funções. Na rede de acesso via rádio, o Serviço de Pacote de Rádio Geral (GPRS) foi introduzido no 2,5G para permitir  que um usuário utilize, de forma dinâmica, canais múltiplos de rádio para dados IP, resultando em taxas de até 115 kbps. A Taxa de Dados Otimizada para Evolução Global (EDGE) foi introduzida para aumentar a capacidade das taxa de dados até 384 kbps. Sistemas 3G, por sua vez, devem satisfazer as seguintes taxas de transmissão: 144 kbps em velocidades de automóveis, 384 kbps para uso estacionário em ambiente externo ou velocidades de caminhada e 2 Mbps em ambientes internos. O Serviço Universal de Telecomunicações Móveis (UMTS) é uma evolução do 2,5G para atender as capacidades 3G. A diferença significativa do UTMS é que, em vez de usar o método FDMA/TDMA do GSM, ele usa WCDMA, exigindo uma nova rede celular de acesso sem fio operando paralelamente à BSS mostrada na figura 4. O serviço de dados associado à especificação do WCDMA é conhecido como HSDPA/HSUPA e promete taxas de dados de até 14 Mbps.

Figura 13: Comparativo entre redes 1G, 2G, 3G e 4G

3.3. Rede Local sem Fio (WLAN) 13

Presentes em quase todos os locais atualmente, as LAN sem fio são sem dúvida um dos mais importantes tipos de rede, definidas pelo padrão IEEE 802.11, com vários outros padrões associados, por exemplo: 802.11b, 802.11a, 802.11g. Estes três  padrões compartilham muitas características, por exemplo, o protocolo de acesso ao meio é o mesmo (CSMA/CA), todos tem a capacidade de reduzir sua taxa de transmissão para alcançar distâncias maiores, e todos os padrões permitem o modo de infraestrutura e o modo ad hoc.

3.4. Bluetooth Rede que faz parte do padrão IEEE 802.15.1, operando a baixa potência e a curtas distâncias, sendo uma tecnologia substituidora de cabos de baixa potência,  baixa taxa e faixa curta para interconectar aparelhos periféricos, por isso é chamado de WPAN. Redes IEEE 802.15.1 operam em faixa de rádio não licenciada de 2,4 GHz em modo TDM, com intervalos de tempo de 625 microssegundos. Durante cada intervalo de tempo, um emissor transmite por um entre 79 canais, mas a cada intervalo de tempo, o emissor muda de canal de uma maneira pseudoaleatória (FHSS), espalhando transmissões sobre o espectro de frequência ao longo do tempo, provendo velocidades de até 4 Mbps. Redes 802.15.1 são redes ad hoc, logo não é necessária nenhuma infraestrutura de rede para interconectar dispositivos Bluetooth.

4. MECANISMOS DE ENDEREÇAMENTO Para contornar o problema da movimentação de um usuário entre redes, existe a opção de a rede externa anunciar a todas as outras redes que o nó móvel agora está na sua rede, o que pode ser feito mediante a troca de informações interdomínios e intradomínios e exigiria poucas mudanças na infraestrutura de roteamento existente. A rede externa poderia informar aos seus vizinhos que tem uma rota altamente específica  para o endereço permanente do nó móvel, e os vizinhos então propagariam essa informação de roteamento por toda a rede como parte do procedimento normal de atualização de informações de roteamento e tabelas de repasse. Caso o nó móvel saísse dessa rede, ela retiraria suas informações referentes ao nó móvel, enquanto outra rede 14

(para onde o nó móvel foi) anunciaria a nova rota altamente exclusiva até o nó móvel. O  problema com esse método é que para um número elevado de nós móveis, seria necessário manter registros em tabelas de repasse e atualizá-los à medida que os nós se movimentassem. Uma abordagem alternativa é passar a funcionalidade de mobilidade do núcleo da rede para a borda da rede, de forma mais simples, localiza-se agentes externos nos roteadores de borda na rede externa. Um dos papéis do agente externo é criar o endereço aos cuidados de

(COA – Care of Adress), ou endereço administrado para o nó

móvel, sendo que a parte da rede do endereço COA combinaria com a parte da rede do endereço da rede externa. Assim, há dois endereços associados com um nó móvel, seu endereço permanente, e seu endereço COA. Um segundo papel desempenhado pelo agente externo é informar o agente nativo de que o nó móvel está na sua rede. Vale lembrar que o nó móvel também pode assumir a responsabilidade do agente externo, informando seu COA, obtido através de um protocolo como o DHCP.

Figura 14: Elementos iniciais de uma arquitetura de rede móvel

5. TECNOLOGIAS DE LANS SEM FIO 15

LANs sem fio (WLANs) são usadas onde, além de altas taxas de dados, é  preciso ter mobilidade dos terminais, por exemplo, o uso de notebooks e smartphones,  provendo mais flexibilidade, com taxas de transmissão na faixa de 54 Mbps, fazendo uso das bandas ISM. O comitê IEEE 802.11 é o responsável pelos padrões de redes LAN sem fio. WLANs incluem IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g e IEEE 802.11n. Ainda há o padrão IEEE 802.16, responsável pelas redes sem fio metropolitanas.

Figura 15: Bandas ISM

Figura 16: Padrões IEEE 802.11

16

Figura 17: Subgrupos IEEE 802.11

LANs sem fio são usadas em alternativa ou na expansão de LANs cabeadas, provendo flexibilidade, ou em sistemas de controle sem fio, já que transmite dados em altas taxas de transmissão. O alcance de uma de uma WLAN depende do meio ambiente e do uso, mas pode variar de algumas dezenas de metros, até centenas, com antenas em linha de visada. O alcance ainda pode ser aumentado caso existam múltiplos pontos de acesso de forma que um nó móvel possa, ao sair do alcance de um dos pontos, estar “coberto” por outro ponto de acesso, tornando o alcance da rede teoricamente infinito. Quanto à topologia de rede, as redes WLAN podem ser redes ad hoc ou redes de infraestrutura.

5.1. Infravermelho Tecnologia de curto alcance e baixas taxas de transmissão, alcançando até 2 Mbps, com linha de visada direta, com as desvantagens em relação aos obstáculos que interrompem a comunicação, etc;

Figura 18: Vantagens e desvantagens do infravermelho

5.2. UHF Banda Estreita 17

Usada nas faixas de frequência UHF, com largura de banda de 12,5 KHz ou de 25 KHz, transmitindo com potências de 1 a 2 W, tendo assim grande alcance.

Figura 19: Vantagens e Desvantagens - UHF Banda Estreita

5.3. IEEE 802.11a Utiliza o mesmo conjunto de protocolos de base do padrão original IEEE 802.11, operando na faixa de 5 GHz e utilizando 52 sub-portadoras (OFDM) com uma velocidade máxima de 54Mbps. Possuem 12 canais não sobrepostos, oito para redes sem fio, e quatro para conexões ponto a ponto. Usa 16,6 MHz de banda com espaçamento de 20 MHz.

5.4. IEEE 802.11b Utiliza o mesmo conjunto de protocolos de base do padrão original IEEE 802.11, operando na faixa de 2,4 GHz com uma velocidade máxima de 11Mbps. Possuem 12 canais não sobrepostos, oito para redes sem fio, e quatro para conexões  ponto a ponto. Usa 22 MHz de banda com espaçamento de 5 MHz, e possui 13 canais.

5.5. IEEE 802.11g Compatível com o padrão IEEE 802.11b, operando na faixa de 2,4 GHz com uma velocidade máxima de 54Mbps. Possuem 12 canais não sobrepostos, oito para redes sem fio, e quatro para conexões ponto a ponto. Usa 22 MHz de banda com espaçamento de 5 MHz, e possui a mesma canalização do padrão anterior.

6. BLUETOOTH E REDES PESSOAIS [PERSONAL AREA NETWORKS (PANS)] 18

A evolução na área de tecnologia sem fio proporcionou aos fabricantes de aparelhos eletrônicos observarem que existe uma imensa apreciação do consumidor   para “remover os fios”. A capacidade de substituir cabos desajeitados que conectam dispositivos uns aos outros (como cabo de impressora, cabos de telefone, fios que conectam um computador pessoal a um mouse) por uma conexão invisível, sem fio, de curto alcance e baixa potência, ofereceria conveniência e flexibilidade. Além disso, a conectividade sem fio possibilitaria movimentar equipamentos em um escritório, bem como a comunicação colaborativa entre indivíduos, seus aparelhos e ambiente. Bluetooth é um padrão aberto que foi abraçado por mais de mil fabricantes de aparelhos eletrônicos. Ele oferece uma técnica especifica que permite que vários dispositivos se comuniquem um com o outro dentro de uma faixa nominal de alguns metros. Derivado do nome do rei Harald Bluetooth, um viking do século X que uniu a Dinamarca e a Noruega, o padrão Bluetooth visa unificar as tarefas de conectividade dos aparelhos dentro do espaço de trabalho pessoal de um individuo. Bluetooth opera na banda ISM de 2,4GHz e usa um esquema de salto de frequência TDD para cada canal de rádio. Cada canal de rádio Bluetooth tem uma largura de banda de 1MHz e saltos a uma taxa de aproximadamente 1600 saltos por  segundo. As transmissões são realizadas em slots de 625 microssegundos com um único  pacote transmitido em um único slot. Para longas transmissões de dados, usuários em particular podem ocupar  múltiplos slots usando a mesma frequência de transmissão, reduzindo assim a taxa de salto instantânea para menos de 1600 saltos por segundo. O esquema de salto de frequência de cada usuário Bluetooth é determinado a partir de um código cíclico de tamanho muito grande (dois elevado a vinte e sete) e cada usuário tem uma taxa de sinalização de canal de 1 Mbps usando a modulação GFSK. O padrão foi projetado para dar suporte à operação em níveis de interferência muito altos, e conta com uma série de esquemas de codificação de controle de erro direto e de repetição automática de requisição para dar suporte a uma taxa de erro de bit por canal de aproximadamente (dez elevado a menos 3). Diferentes países alocaram diversos canais para operação Bluetooth. Nos Estados Unidos e na maioria da Europa, a banda ISM FHSS de 2,4GHz está disponível  para uso do Bluetooth. Uma lista detalhada dos estados é definida no padrão Bluetooth 19

 para dar suporte a uma grande gama de aplicações, aparelhos e usos em potencial de rede pessoal. Áudio, texto, dados e até mesmo vídeo são contemplados no padrão Bluetooth. O comitê de padrões IEEE 802.15 foi formado com a finalidade de oferecer um fórum internacional desenvolver Bluetooth e outras Redes Pessoais que interconectam PCs de bolso, assistentes digitais pessoais (PDAs), telefones celulares,  projetores e outros aparelhos. Com a rápida proliferação dos computadores vestíveis como PDAs, telefones celulares, cartões inteligentes e dispositivos de localização, as PANs podem oferecer conexão com uma área inteiramente nova de recuperação e monitoração remota do mundo ao nosso redor.

Figura 20: Exemplo de uma PAN

O Bluetooth possui 3 classes:

Deve-se ressaltar que, na maioria dos casos, o alcance efetivo dos dispositivos de classe 2 é estendido se eles se conectam a dispositivos de classe 1, se comparados com redes puras de classe 2. Isso pode ser obtido pela alta sensibilidade e  potência de transmissão do dispositivo de classe 1. A alta potência de transmissão do 20

dispositivo de classe 1 permite a recepção da alta potência pelo dispositivo de classe 2. Além disso, a alta sensibilidade do dispositivo de classe 1 permite a recepção da baixa  potência de transmissão de força dos dispositivos de classe 2, permitindo assim a operação de dispositivos de classe 2 a grandes distâncias. Dispositivos que possuem um amplificador de potência na transmissão têm uma sensibilidade de recepção melhorada, e existem antenas altamente otimizadas que normalmente alcançam distâncias de 1 km usando o padrão Bluetooth classe 1.

6.1. Bluetooth vs. Wi-Fi em rede Bluetooth e Wi-Fi têm aplicações ligeiramente diferentes nos escritórios e casas de hoje, e durante movimento: configurando redes, imprimindo, ou até transferindo apresentações e arquivos de PDAs para computadores. Ambas são versões da tecnologia não licenciada Spread Spectrum Bluetooth difere do Wi-Fi porque a última oferece alta potência de transmissão e cobre grandes distâncias, porém requer hardware mais caro e robusto com alto consumo de energia. Elas usam a mesma frequência de transmissão, porém empregam esquemas de multiplexagem diferentes. Enquanto o Bluetooth é um substituto para o cabo em uma variedade de aplicações, o Wi-Fi é um substituto do cabo apenas para acesso à rede local.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

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Os problemas técnicos das Redes Sem Fio estão sendo resolvidos e sua aceitação está cada vez maior entre os usuários, principalmente aqueles que requerem mobilidade no trabalho e lazer. Pontos importantes como segurança e qualidade de serviço devem ser resolvidos em breve. O contínuo desenvolvimento da subcamada MAC e da camada física assegura que no futuro a tecnologia sem fio será confiável e robusta para aplicações críticas. Para obtermos excelência nas execuções de um projeto, temos que levar  em consideração as normas aplicáveis de acordo com o tipo de redes com seu devido  planejamento e análise de custos. Um desafio para a formação do engenheiro de telecomunicações, a necessidade de identificar, especificar e conhecer normas e equipamentos aplicados à sistemas de telecomunicações. Com esse estudo espera-se que os objetivos tenham sidos alcançados. A pesquisa elaborada foi de grande proveito para adquirir conhecimentos diversos em relação à Redes Sem Fios e Redes Móveis e o entendimento da matéria teórica vista em sala de aula.

REFERÊNCIAS

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