Visão geral das redes sem fio

1 - Introdução

O termo redes de dados sem fio pode ser utilizado para referenciar desde dispositivos de curto alcance como o Bluetooth à sistemas de altas taxas de transmissão como aqueles utilizados para transmissão de dados de uma central telefônica. Assim sendo, é comum dividir os sistemas em 3 grandes grupos:

1.1 - Wireless Wide Area Network (WWAN)

A WWAN que pode ser traduzida como “rede sem fio de área extensa” é basicamente a rede de dados onde os celulares estão conectados. Esta rede se diferencia das demais por permitir a comunicação à quilômetros de distâncias não existindo teoricamente um limite para expansão de seu alcance.

1.2 - Wireless Local Area Network (WLAN)

A WLAN ou rede local sem fio é bastante popular nos dias de hoje. Ela é utilizada no interior de residências, escolas, prédios públicos, praças e outros. Quando utilizamos um roteador Wireless estamos conectados a uma WLAN.

1.3 - Wireless Personal Area Network (WPAN)

A WPAN ou rede wireless pessoal é utilizada para conectar dispositivos centralizados em uma pessoa. Tipicamente a conexão não ultrapassa 10 metros. Um exemplo deste tipo de rede de dados é o Bluetooth. Existem inúmeras aplicações para esse tipo de rede, como transferir arquivos de computadores e tablets, transmitir música para fone de ouvido, transmitir voz de telefone para receptores de rádio entre outras.

2 – Wi-Fi ( 802.11 )

A chamada rede WI-FI é definida pelo padrão IEEE802.11 e surgiu da necessidade de se criar uma rede que não necessitava de cabos de ligação. O WI-FI utiliza um seguimento de frequência chamado ISM (Industrial, Scientific and Medical) que não necessita licença de uso da ANATEL. No Brasil existem várias faixas de frequência ISM autorizadas. A rede WI-FI utiliza os seguintes seguimentos: 2400MHz – 2483,5MHz (faixa de 2,4GHz) 5100MHz – 5850MHz (faixa de 5GHz)

A faixa de 2,4GHz utilizada pelo WI-FI é dividida em 11 canais no Brasil. Estes canais se sobrepõem como ilustra a figura abaixo:

Fig. 1 – Distribuição de canais na faixa de 2,4GHz. [1]. Os canais 1, 6 e 11 estão em destaque pois, em um ambiente aberto somente 3 canais podem coexistir sem interferir um no outro. Na prática, todos os canais são utilizados. O que podemos fazer é selecionar o menos interferido. Quando temos o controle de todos em uma determinada região, uma solução interessante é trabalhar da mesma forma que a telefonia móvel celular com o conceito de reutilização do canal.

Fig. 2 – Reutilização do canal em 2,4GHz. (imagem Blog LabCisco [1]) Na figura acima, toda a área está coberta e não há teoricamente interferência entre os canais.

Os equipamentos na banda de 5GHz são mais caros porém possuem uma performance melhor. Por ser uma banda ainda pouco utilizada e possuir 24 canais a interferência entre redes próximas é mais fácil de ser evitada. Uma característica interessante destes equipamentos é a possibilidade de aumento da taxa de transmissão através do aumento da banda. Na figura abaixo podemos observar os canais e as possibilidades de largura de banda.

Fig. 3 – Canalização da banda em 5GHz. Estas variações do padrão IEEE802.11 recebem os seguintes nomes: 802.11a

Wi-Fi 5GHz com 2Mbps

802.11b

Wi-Fi 2,4GHz com 11Mbps

802.11g

WiFi 2,4GHz com 54Mbps

802.11n

Wi-Fi 2,4GHz ou 5GHz de 150 à 600Mbps

3 – Bluetooth ( 802.15 )

O Bluetooth é uma comunicação wireless que foi definida pelo padrão IEEE802.15. O objetivo desta tecnologia é substituir os cabos de ligação que conectam vários dispositivos como por exemplo fones de ouvido, telefone celular e rádio automotivo, comunicação entre tablets, computadores e celulares entre outros. O Blutooth é de certa forma similar ao Wi-Fi porém possui alcance limitado e normalmente conecta um dispositivo à outro, ou seja, não funciona como uma rede de dados centralizada como o Wi-Fi. Oficialmente o Bluetooth possui 3 classes de rádios: Classe Potência Alcance estimado 1 100 mW 20 à 30 metros 2 2,5 mW 5 à 10 metros 3 1 mW 1 metro

Com relação à taxa de transmissão, os primeiros dispositivos operavam com taxas de 1Mbps, nas versões mais modernas as taxas podem chegar à 24Mbps. A frequência de operação de um Bluetooth é entre 2.400MHz e 2.485MHz ou seja a mesma banda utilizada pelo Wi-Fi. No entanto, por ter um protocolo diferente não se comunica com o Wi-Fi. Interferência entre eles pode existir.

Fig. 4 – Dispositivo Bluetooth para utilização em porta USB.

4 – ZigBee

O Zigbee é um padrão de rede sem fio de baixo custo e alcance reduzido. Foi desenvolvida com o intuito de coletar dados de sensores e controlar dispositivos eletrônicos. Um sistema utilizando Zigbee em uma casa pode por exemplo controlar o seguinte: - Ligar e desligar o ar condicionado. - Medir a temperatura. - Detectar fumaça. - Informar se a janela está fechada ou não. - Detectar a presença de pessoas no ambiente. - Informar os níveis de umidade. Tudo isso é claro feito por sensores que ligados aos módulos Zigbee enviam e recebem dados à um controlador central.

Fig. 5 – Módulo Zigbee. Uma característica interessante dos módulos Zigbee é que eles podem retransmitir informação aumentando o alcance da rede. Existe uma grande variedade de módulos com frequências e alcances diferentes. Os mais comuns possuem um alcance máximo de 100m e utilizam a banda de 2,4GHz.

5 – Módulos de RF

Módulo de RF é um termo genérico utilizado para transmissores e receptores de pequena potência utilizados em controle remoto, alarme, sensores e outros. São de baixo custo e normalmente não fazem mais nada além de transmitir e receber sinais, ou seja, o módulo deve ser ligado à um microcontrolador que fará todo o controle de envio e recepção de dados.

Fig. 6 – Módulo de RF O tipo de modulação utilizada normalmente é o ASK e as frequências mais utilizadas são 315MHz e 433MHz. Existem módulos em 900MHz e 2,4GHz com maior alcance e sistema de controle, porém não são tão comuns devido ao alto custo. Fontes: [1] – Blog LabCisco, http://labcisco.blogspot.com.br/2013/03/padrao-ieee-80211ac-de-redes-wireless.html