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Introdução aos Sistemas Sem Fio

Brasil, 13 de setembro de 2008

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Marcelo PeresCREA 92.033td

www.guiadocftv.com.brSistemas Sem Fio

ProgramaçãoProgramação

Apresentação dos ParticipantesSobre o Guia do CFTVSobre o palestranteObjetivos da ApresentaçãoConceitos de Sistemas Sem Fio


O que é Sem Fio?O que é Sem Fio? É a tecnologia que permite a comunicação

entre dispositivos sem conexões físicas Termo que representa as telecomunicações

nas na forma de ondas eletromagnéticas através de um canal de transmissão

A maioria dos produtos sem fio usam Rádio Freqüência (RF)

Esta presente em grande parte dos equipamentos eletrônicos atuais,

É suportada por uma infraestrutura cabeada


O que é Sem Fio?O que é Sem Fio?

Sem conexão física direta Meio físico dinâmico Desempenho Confiabilidade Flexibilidade



Freqüência e Comprimento de Onda Grandeza - Hertz (Hz) e Metros

Kilohertz (kHz) = 1000 Hz Megahertz (MHz)= 1000 kHz Gigahertz (GHz)= 1000 MHz


Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético



As ondas de RF são uma grande faixa do espectro eletromagnético que se estende de 9kHz até 300GHz.

Esta dividido em 8 bandas ou faixas

* Também chamado de Espectro de Microondas.

10 mm – 1 mm30 GHz – 300 GHzEHFExtremely High Frequency*

100 mm – 10 mm3 GHz – 30 GHzSHFSuper High Frequency*

1 m – 100 mm300 MHz – 3 GHzUHFUltra High Frequency

10 m – 1 m30 MHz – 300 MHzVHFVery High Frequency

100 m – 10 m3 MHz – 30 MHzHFHigh Frequency

1 km – 100 m300 kHz – 3 MHzMFMedium Frequency

10 km – 1 km30 kHz – 300 kHzLFLow Frequency

33 km – 10 km9 kHz – 30 kHzVLFVery Low Frequency

Comprimentos de OndaFrequênciasAbreviaturaRegião do Espectro

É uma das faixas mais utilizadas para equipamentos de pequeno e médio alcance


Como funciona?Como funciona? Um sistema sem fio é formado por um

receptores (Rx) e transmissores (Tx) Quando é aplicada um sinal de RF (modulado)

à antena, é gerado um campo eletromagnético (campo de RF) que permite que as comunicações ou transmissões sem fio sejam efetuadas

A antena do receptor é responsável pela aquisição do sinal, que é encaminhado para circuitos de demodulação e posterior decodificação da informação


O Transmissor converte o sinal a ser amplificado e transmitido como um sinal de RF

O Receptor recebe o sinal de RF e decodifica a informação recebida

Como funciona?Como funciona?

ReceptorRX

Sinal RF

TransmissorTX

Sinal RF

InterpretadorInformação


Como funciona?Como funciona?

Transmissor O transmissor converte os sinais a serem transmitidos

em ondas eletromagnéticas através de uma antena transmissora, para serem recebidos por um receptor

Receptor A função do receptor de rádio é a decodificação dos

sinais enviados pelo transmissor, ex. Rádio, TV.Transceptor O transceptor, funciona das duas formas, como

transmissor e receptor, alguns exemplos de transceptor são, o telefone celular, os radares nos aeroportos, os equipamentos de comunicações em veículos oficiais, e de empresas particulares.


Tecnologias de TransmissãoTecnologias de Transmissão

Comunicação Análogica: Os sinais analógicos são modulados sobre a

portadora de RF Comunicação Digital:

Os sinais são codificados digitalmente e depois são modulados sobre a portadora de RF, existindo técnicas de checagem e correção de erros, possuindo a possibilidade de recursos mais avançados de aproveitamento do meio


Problemas e LimitaçõesProblemas e Limitações

Fatores que afetam drasticamente o alcance: Absorção do sinal Reflexão do sinal Refração do sinal Difração do sinal Níveis de Potência Permitidos pela Legislação


Problemas e LimitaçõesProblemas e Limitações

Outro obstáculo é a interferência, que pode causar desde problemas pequenos até a interrupção total do sistema

O que é interferência? Exemplo


Problemas e LimitaçõesProblemas e Limitações Tipos de Interferência

Interferência de Rádio (RF) Interferência Multi-caminhos

Interferência Elétrica Intermodulação

Reflexão e Atenuação de Rádio Freqüência


Interferência de Rádio (RF)Interferência de Rádio (RF) Interferência de Rádio (RF)

Definida como um sinal não desejado que é recebido por um aparelho sem fio que o impede receber os sinais claramente

Qualquer aparelho que gera RF, na sua função normal, pode criar interferência de rádio também

O sinal que está interferindo não tem que estar na mesma freqüência. Os sinais que estão perto da freqüência do receptor podem também interferir com o receptor


Interferência de Rádio (RF)Interferência de Rádio (RF) Possíveis fontes de IRF:

AM, ondas curtas, FM e transmissores de TV Rádio amador Controles remotos Telefones sem fio Celulares


Interferência Multi-CaminhosInterferência Multi-Caminhos

Interferência Multi-Caminhos E uma forma de interferência de RF Acontece quando mais de uma onda de RF do

mesmo transmissor alcança o receptor



O sinal de RF viaja entre a antena de transmissão e de recepção pelo caminho mais direto (A), mas também é refletido (B) por outras superfícies, metálicas ou de outro material



Quando as diferentes ondas de RF combinam-se, causam distorção à onda desejada de RF, o que faz o sinal difícilmente decodificável



Em situações extremas, a onda de RF refletida (B) é invertida e cancela a onda de RF que veio diretamente (A)



Para corrigir, simplesmente mexa o transmissor o receptor alguns centímetros


Interferência ElétricaInterferência Elétrica

Interferência elétrica E causada por geração de RF, através de

centelhamento elétrico ou descarga Qualquer cabo ligado à fonte da centelha conduz

RF e atua como uma antena de transmissão Como regra padrão, quanto maior é a

quantidade de ruído gerado pelo aparelho, maior é a probabilidade de gerar interferência elétrica


Interferência ElétricaInterferência Elétrica

Três tipos de interferência eletromagnética Ruído de RF de equipamentos elétricos Ruído de RF gerado por aparelhos eletrônicos Interferência de fontes naturais, como raios, etc


EsmagamentoEsmagamento

Acontece quando um sinal de RF mais forte (ex. uma torre de comunicação, estação de Rádio ou TV, etc), cuja freqüência nem sempre está próxima a freqüência do sistema sem fio, gera sinais de banda lateral que se sobrepõe ao sinal gerado gerado pelo sistema sem fio


IntermodulaçãoIntermodulação

Acontece quando um sinal forte (ex. uma torre de comunicação), cuja freqüência geralmente não esta próxima a freqüência do receptor sem fio, sobrecarrega o circuito do receptor


SaturaçãoSaturação

Transmissor muito próximo ao receptor, ocarreta a saturação do circuito de recepção pela elevada potência recebida.


Reflexão e Atenuação de RFReflexão e Atenuação de RF

Reflexão e Atenuação de Rádio Freqüência Reflexão: Os sinais RF são refletidos numa

superfície como a parede ou o chão Atenuação: Quando os sinais de RF passam

através de alguns objetos sólidos, uma parte da energia é absorvida. Esse tipo de perda de energia de RF é chamado Atenuação, a qual varia de acordo com a estrutura do objeto



A estrutura física do lugar da instalação e os obstáculos do lugar mudam os sinais RF

Paredes, portas, andares, elevadores, pessoas e outros obstáculos oferecem diferentes tipos de atenuação e reflexão

Isso faz com que o padrão das ondas de RF seja irregular e imprevisível



Quando uma onda de RF encontra um obstáculo, algum desses fenômenos acontece: Absorção Reflexão Refração Difração


ReflexãoReflexão


RefraçãoRefração


DifraçãoDifração



Objetos que refletem/atenuam sinais de RF: Objetos metálicos Objeto com estrutura metálica Chão e Paredes Veículos Componentes e Equiamentos Elétricos Árvores: A perda de energia de RF depende do

tamanho e do tipo da árvore. Quanto mais densa a folhagem, maior a perda de sinais



Paredes: Paredes internas geram menor perda de energia de RF. Paredes externas, especialmente as com chapisco, geram maior perda

Chão: chão de madera gera menor perda de energia de RF enquanto que chão de concreto e aço geram maior perda

Paredes espelhadas geram perda muito alta de energia de RF porque a superfície refletiva é condutora


Evolução do Sem FioEvolução do Sem Fio

Padronização Protocolo de Comunicação Transmissão Bidirecional Correção de Erros Segurança na transmissão e recebimento Gerenciamento de conflitos e falhas Necessidade de compartilhamento do canal

de transmissão


Classificação, Taxas e DistânciasClassificação, Taxas e Distâncias


Redes Sem Fio Padrões IEEERedes Sem Fio Padrões IEEE

IEEE 802.20 WAN 3GPP (GSM). IEEE 802.16 WirelessMAN ETSI HIPERMAN

e HIPERACCESS. IEEE 802.15 BluetoohPAN ETSI HIPERPAN. IEEE 802.11 WirelessLAN (WiFi).

A, B, G, N, S


Redes Sem Fio Padrões IEEERedes Sem Fio Padrões IEEE

IEEE 802.11a: Padrão Wi-Fi para freqüência 5 GHz com capacidade teórica de 54 Mbps.

IEEE 802.11b: Padrão Wi-Fi para freqüência 2,4 GHz com capacidade de até 11 Mbps. Este padrão utiliza DSSS (Direct Sequency Spread Spectrum – Seqüência Direta de Espalhamento de Espectro) para diminuição de interferência.

IEEE 802.11g: Padrão Wi-Fi para freqüência 2,4 GHz com capacidade de até 54 Mbps.


Especificações técnicasEspecificações técnicas

Norma IEE 802.11b/g Freqüência nominal 2,4 GHz Taxa de transmissão entre 2 e 54 Mbps Potência media 50mW


LAN Sem Fio: 802.11xLAN Sem Fio: 802.11x

802.11a 802.11b 802.11g 802.11n

5GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz/5.8GHz

Até 54Mbps Até 11Mbps Até 54Mbps Até 108MbpsSituação Disponível Disponível Disponível

BandaFrequênciaTaxa deTransmissão

Draft

Fontes deInterferência

DispositivosHiperlan

Telef. Sem FioForno MicroondasBluetooth




Diagrama EspectralDiagrama Espectral

As “áreas mortas”, ou área onde o sinal de RF é fraco ou inexistente, varia de um transmissor para o outro

Instalar o transceptor principal o mais centralizado possível ajudará a evitar as “áreas mortas”


AntenasAntenas

Parabólica 24dBi Yagi 17dBi Omni-direcional 8 dBiPainel Setorial

ângulo de 90o 12 dBi

Externas


Diagrama EspectralDiagrama Espectral


TroughputTroughput

Capacidade de Transmissão do Access Point


Segurança na TransmissãoSegurança na Transmissão

WEP – Wired Equivalent Privacy WPA1 e WPA2 - Wi-Fi Protected Access Troca de Chaves Periódica, Usar Chaves Longas,

Registrar por MAC Address Recepção e Transmissão Confiável de Dados

CRC - Algoritmo de Checagem de Redundância Cíclica Redundância de Transmissão


Segurança na TransmissãoSegurança na Transmissão

1) Troque a senha padrão do Administrador2) Habilite as opções de Criptografia3) Altere o SSID padrão4) Habilite o Filtro de Endereços MAC5) Desabilite o Broadcast de SSID6) Configure endereços IP estáticos aos dispositivos7) Posicione seu Access Point ou Roteador em um

local seguro


Aplicações Redes WiFiAplicações Redes WiFi

Interligação de micros sem fio Interligação entre LAN’s Internet Predial Voz sob IP usando Wireless CFTV Wireless Conexão de Câmeras IP Link de longa distância Acesso móvel


WAN – Rede Sem FioWAN – Rede Sem Fio


Link Longa distânciaLink Longa distância


Roteamento e WirelessRoteamento e Wireless

Access Point - AP


Especificações técnicasEspecificações técnicas

Alcance na solução Outdoor com visada direta: 10Km s/amplificador e até 50Km com amplificador

Solução Indoor alcance até 400m


Spread SpectrumSpread Spectrum

Veio como solução para um grande problema: o ruído, que degenera qualquer sinal que esteja perto de sua frequência. Por isso surgiu o Spread Spectrum, que como o próprio nome diz, usa múltiplas frequências da banda para aumentando assim a imunidade ao ruído de uma determinada frequência. Por exemplo, duas estações estão transmitindo ao mesmo tempo. Cada uma pega uma frequência e transmite por certo tempo, mas nunca na mesma frequência ao mesmo tempo.


Técnicas usadasTécnicas usadas

Espalhamento Espectral com : Freqüência Direta (FHSS); Salto de freqüência (DSSS).


O padrão 802.11 define uma interface que é compatível com o Ethernet 802.3, chamada de CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance), na verdade uma variação do CSMA/CD usada no Ethernet.O protocolo CD iria requer que os rádios fossem capazes de transmitir e receber ao mesmo tempo, o que aumentaria o custo e a complexidade do equipamento. Além disso, não é sempre que todas as estações estão numa posição tal que é possível enxergar todas as outras estações. Para minimizar essa possibilidade das estações não serem capazes de enxergar umas às outras, o 802.11 define o conceito de VCS (Virtual Carrier Sense).

CSMA/CACSMA/CA


VCS – Virtual Carrier SenseVCS – Virtual Carrier Sense

A estação transmissora primeiramente manda um pequeno pacote chamado RTS (Request to Send) que contém os endereços de origem e destino e também uma estimativa da duração da mensagem. Se o meio está livre, a estação receptora vai responder com um pacote CTS (Clear to Send). Na recepção deste último, a transmissão se inicia. O uso do protocolo CSMA/CA reduz as chances de colisões. Se o meio está ocupado, o transmissor vai fazer um processo de escuta do meio (backoff), semelhante ao CSMA/CD.


CriptografiaCriptografia

Cada mensagem é criptografada com um algoritmo padrão chamado PRNG (Pseudo Random Number Generator), que é baseado no algoritmo RSA RC4. Este método é considerado extremamente confiável pois é necessário um grande esforço para quebrá-lo. O fato de cada mensagem conter um novo vetor de inicialização que gera um novo PRNG faz com que fique mais difícil ainda quebrar o código.


Legislação VigenteLegislação Vigente

IEEE (Mundo) – Anatel (Brasil) Portaria número 814 do Ministério das

Comunicações de 12/07/96 Equipamentos Homologados/Certificados na

Anatel Freqüência s/ licenciamento faixas:

902 - 928 MHz; 2,4 - 2,4835 GHz; 5,725 - 5,850 GHz.

Com uso de espalhamento de Espectro. Potência máxima de saída 1 W


Redes WiFiRedes WiFi


Outra Tecnologias Sem FioOutra Tecnologias Sem Fio

Bluetooth (802.15.1) IrDA (802.15.1) ZigBee (802.15.4) RONJA UWB WiMedia TV Digital (SBDTV)


Presente e FuturoPresente e Futuro

WiFi (802.11.x) 802.11n – 108Mbps 802.11s – Redes Mesh GSM/UMTS/CDMA 3G Wimax WiBroad


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