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fio

Projeto UCAProjetos de rede sem fio

O objetivo desta cartilha é oferecer dois estudos de caso que possam servir como embasamento na análise de projetos de rede sem fio Wi-Fi para as escolas brasileiras.

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Copyright © 2009, Escola Superior de Redes RNP

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Revisão técnicaNome do Revisor 1 e Nome do Revisor 2

Supervisão técnicaNome do supervisor

Revisão finalPedro Sangirardi

Projeto visual e diagramaçãoTecnodesign

Coordenação acadêmicaLuiz Coelho

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Todos os direitos reservados, no Brasil, porEscola Superior de Redes RNPhttp://www.esr.rnp.br


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O papel deste impresso foi feito com madeira de

florestas certificadas FSC e de outras fontes controladas















































Projeto Um Computador por Aluno

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[email protected]://www.mec.gov.br

Cartilhas Projeto UCA: Projetos de rede sem fio


AutorEquipe do Laboratório de Pesquisas MídiaCom, vinculado ao Departamentode Engenharia de Telecomunicações e ao Instituto de Computação daUniversidade Federal Fluminense (UFF)

Produção Editorial

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Esta obra é distribuída sob a licença Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil






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http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/br/

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Projetos de rede sem fio


Introdução

É certo que escolas contempladas pelo projeto UCA apre-sentarão diversidades arquitetônicas, por serem localizadas em diferentes regiões e por suas diferentes datas de fun-dação, levando a crer que é extremamente improvável que um mesmo modelo de distribuição de conectividade seja suficiente para atender a todos os casos.

As escolas podem variar não apenas em dimensão física ou em número de pavimentos, mas também em termos de materiais, espessuras de paredes, da instalação elé-trica, da presença de portões metálicos, ou do tipo de teto, dentre outros traços construtivos.

Projeto Um Computador por Aluno2

Algumas escolas poderão funcionar em prédios antigos e até mesmo tombados. A concentração de alunos pode variar entre uma e outra e até mesmo aspectos aparen-temente irrelevantes, como a presença de árvores nos pátios da escola, podem determinar a viabilidade técni-co-econômica de uma solução de cobertura.

Se, por um lado, modelos universais praticáveis para as redes sem fio são improváveis, por outro lado temos que modelos de referência podem ainda ser construí-dos com o objetivo de traçar linhas gerais e oferecer um parâmetro contra o qual outras propostas possam ser contrastadas. Uma rede sem fio Wi-Fi que seja muito discrepante dessas linhas gerais, apesar de possível para alguns casos muito especiais, deve chamar a atenção dos contratantes. Por que estão sendo utilizados os ca-nais 1, 2 e 3 neste projeto? Por que os pontos de acesso foram posicionados lado a lado? Por que, em uma dada escola com mais de quinhentos alunos por turno, o pro-jeto contempla apenas três pontos de acesso? Por que este projeto custa tão caro? Estas são algumas perguntas que só podem surgir na mente bem informada.

Metodologia

Nesta cartilha, duas escolas serão analisadas e tratadas como possíveis cenários para um projeto de rede sem fio: o CIEP Lindolpho Collor e o colégio Pedro II, ambos localizados no município do Rio de Janeiro.

Utilizando como base a planta da escola e informações adicionais, como a espessura das paredes e lajes, a pre-sença de obstáculos metálicos, áreas de interesse de

3Projetos de rede sem fio

cobertura, existência de rede cabeada, número médio de usuários por área, entre outras, esta cartilha indica como pode ser projetada uma rede sem fio nas escolas.

Os passos a seguir representam um procedimento sim-plificado para o projeto de uma rede sem fio. Uma etapa importante é a realização do planejamento da instalação (site survey). Alguns desses detalhes foram omitidos, já que nosso foco nesse documento está mais na avaliação de um projeto do que em sua confecção, com a conside-ração de que os conceitos envolvidos nas duas tarefas, confecção e avaliação, são similares.

1. Utilizando a planta do colégio, divida a área de inte-resse em zonas de cobertura.

2. Coloque um ou mais pontos de acesso por zona, de forma que a cobertura dentro da zona seja a mais homogênea possível. Por exemplo, se for usado ape-nas um ponto de acesso por zona, ele deve ser colo-cado próximo ao seu centro.

3. Em cada zona definida, verifique possíveis fontes de interferência, como outras redes e equipamentos eletrônicos que irradiam sinal na faixa de 2,4 GHz.

4. Verificadas as fontes de interferência, liste os canais de operação que podem ser usados em cada ponto de acesso, devendo ser considerados apenas os canais ortogonais (1, 6 e 11).

5. Distribua os canais de operação dos pontos de acesso em todas as zonas, de forma que pontos de acesso adjacentes operem em canais diferentes.

Para saber mais, leia a cartilha Planejamento da instalação

Para saber mais, leia a cartilha Redes sem fio


Cenários CIEP Lindolpho Collor

Os Centros Integrados de Educação Pública (CIEPs) fo-ram fruto de um projeto educacional do governo do es-tado do Rio de Janeiro, idealizado pelo sociólogo Darcy Ribeiro e executado pelo então governador Leonel Brizo-la durante as décadas de 80 e 90.

Uma das ideias contidas no projeto era a da unifor-mização das escolas, isto é, todas as escolas públicas deveriam possuir os mesmos recursos e características arquitetônicas. O projeto arquitetônico dos edifícios é da autoria de Oscar Niemeyer, tendo sido erguidas mais de 500 unidades no estado. A figura 1 mostra uma unidade do CIEP. A escola Lindolpho Collor segue esse projeto.

Figura 1CIEP


As escolas são constituídas por três estruturas:

\ O edifício principal, que possui três pavimentos que abrigam as salas de aula, centro médico, área admi-nistrativa, cozinha, refeitório, banheiros, áreas de apoio e recreação.

\ O ginásio esportivo, que também pode receber ativi-dades artísticas e culturais.

\ O edifício da biblioteca e dos dormitórios.

Informações adicionais sobre a escola

\ O edifício principal possui divisórias de madeira entre as salas de aula.

\ A divisória entre as salas é aberta na sua parte superior.

Aqui é importante frisar que os aspectos construtivos aci-ma listados são de grande relevância para o projeto. En-quanto informações sobre o número de pavimentos são evidentemente importantes, outros detalhes, mais sutis, também não devem ser negligenciados. Um exemplo é o fato de divisórias serem usadas e o detalhe, aparente-mente insignificante, de que existe abertura na sua par-te superior. Essas observações são importantes porque apontam para uma relativa baixa obstrução do sinal de rede sem fio, em comparação, por exemplo, com o que se observa no Colégio Pedro II, nosso próximo estudo de caso. Se a obstrução é menor, menos pontos de acesso serão necessários.


Projeto de rede sem fio

Neste estudo, será usado o edifício principal para proje-to de cobertura de rede sem fio, cuja planta é mostrada na figura 2.

Conforme mencionado, o fato das divisórias entre as salas serem finas e de madeira, e ainda possuírem uma aber-tura na parte superior, faz com que o sinal eletromagnéti-co consiga se propagar mais facilmente dentro do prédio, permitindo a escolha de amplas zonas de cobertura.

Tipicamente, uma rede sem fio pode ter o raio de algu-mas dezenas de metros. A área de cobertura, no entanto, varia em função dos tipos de obstáculos e interferências no ambiente.

Neste exemplo, definimos apenas duas zonas, como mostra a figura 3.

Figura 2Planta do CIEP


Novamente, devido à situação propícia de propagação do sinal de rede sem fio dentro do CIEP, um ponto de acesso posicionado no centro de cada zona pode ser suficiente para a cobertura total do edifício. A figura 4 mostra a localização dos pontos de acesso.

Figura 3Marcação das zonas de cobertura no CIEP


Foi verificada uma fonte de interferência no canal 11 no lado direito do prédio, possivelmente proveniente do forno de microondas utilizado na cozinha localizada no andar térreo. Com base nessa informação e procurando alocar os canais de operação de forma que a rede de um ponto de acesso não interfira no outro, optou-se pela seguinte configuração de canais:

Ponto de acesso Canal

Ponto de acesso 1 11

Ponto de acesso 2 1

Considerações adicionais sobre este projeto

É importante compreender que a escolha de canais deve levar em consideração as fontes de interferência e a pre-sença de outras redes vizinhas. No exemplo em questão, uma interferência no canal 11 foi observada e por isso

Figura 4Posicionamento dos pontosde acessono CIEP


o uso deste canal foi evitado nesta região. No caso dos CIEPs, que são alocados em centro de terreno e tendem a estar distantes de outros prédios, a interferência cau-sada por redes vizinhas pode não ser um problema. Mas a possibilidade existe. Provedores de Internet sem fio uti-lizam antenas direcionais e potências maiores e podem interferir na área da escola.

Em um bom projeto, os canais utilizados terão sido levan-tados de antemão, na fase de planejamento de instalação que identificará as interferências e as redes vizinhas que competem pelo meio. Mas o planejamento, apesar de fundamental, não é suficiente. Após a instalação da rede é preciso que se realize uma validação. Nesta etapa será verificado se a rede atende aos requisitos necessários, principalmente em termos de cobertura. Neste processo, um notebook deve ser usado para testar a qualidade da conexão em diversos pontos da escola.

Ainda sobre a questão da cobertura, vale comentar a co-locação dos pontos de acesso no primeiro pavimento do edifício. Em um bom projeto, as distâncias verticais de-vem também ser consideradas e, com isso, uma atenção especial deve ser dada aos obstáculos verticais, como pisos e lajes. Se por um lado as distâncias são menores (em um prédio de três pavimentos, as distâncias serão tipicamente inferiores a quinze metros), por outro uma laje tende a ser um obstáculo mais substancial do que uma parede, tanto por sua espessura quanto pela pre-sença de ferragens no concreto.

Outra consideração importante diz respeito à capacida-de da rede, ou seja, o número de usuários simultâneos suportados. Esta é uma questão independente da cober-tura, e voltaremos a ela nas considerações finais.


Colégio Pedro II

O Colégio Pedro II é uma tradicional rede de ensino pú-blico (federal), localizada no estado do Rio de Janeiro e consistindo de oito Unidades de Ensino. No município do Rio de Janeiro há seis unidades e outras duas estão nos municípios de Niterói e Duque de Caxias. Para esse estudo foi escolhida a Unidade de Ensino do Centro do Rio de Janeiro, que é o segundo mais antigo dentre to-dos os colégios em atividade no país.

A escola é constituída por duas estruturas:

\ O edifício principal, constituído de dois pavimentos, que abrigam as salas de aula, laboratórios, salas administrativas e bibliotecas.

\ O edifício anexo, contendo um ginásio esportivo, que também pode receber atividades artísticas e culturais, estacionamento, ambulatório e depósitos.

Informações adicionais sobre a escola

\ O edifício é tombado.

\ Algumas paredes são espessas com pé-direito bem alto, característicos dos prédios do período imperial brasileiro.

\ Possui árvores no pátio interno.

\ O edifício é totalmente coberto por uma rede cabeada.

Um edifício antigo, como o do colégio Pedro II, pode trazer grandes desafios para um projeto de cobertura de rede sem fio. As paredes espessas obstruem grande parte da intensidade do sinal eletromagnético, fazen-do-o ficar confinado a regiões cercadas por elas. Assim como as paredes, as lajes entre os pavimentos também são mais espessas que o convencional, prejudicando a


comunicação entre os andares. O fato de o prédio ser tombado pode trazer alguns complicadores, como a im-possibilidade de passagem de cabos para ligar os pon-tos de acesso. No entanto, como o prédio já possui uma rede cabeada instalada, o tombamento não acrescentou nenhum desafio adicional.

O sinal de rede sem fio é fortemente atenuado ao passar por água. Por isso, corpos vivos são considerados potenciais obstáculos para a propagação do sinal, e as árvores presen-tes na área de ventilação do colégio Pedro II podem prejudi-car a comunicação sem fio entre os dois lados da escola.

Projeto de rede sem fio

Será considerado apenas o edifício principal para pro-jeto de cobertura de rede sem fio. A planta é mostrada na figura 5.

Figura 5 Pavimentos do Colégio Pedro II


As paredes espessas, já citadas acima, são visíveis na figura 5 (destacadas por linhas mais grossas). Já que o sinal fica, de certa forma, confinado em áreas cercadas por essas paredes, a escolha das zonas de cobertura foi influenciada pela presença delas.

Foram criadas sete zonas, todas menores do que as es-colhidas para o CIEP, como mostra a figura 6.

No cenário do Colégio Pedro II foi feita uma abordagem mais complexa para o posicionamento dos pontos de acesso. Como a laje entre os pavimentos é mais espessa que o convencional, optou-se pelo uso de mais de um ponto de acesso em algumas zonas de cobertura, posi-cionando um em cada andar.

Figura 6Marcação de zonas de cobertura no Colégio Pedro II


A figura 7 mostra o posicionamento dos pontos de acesso nas zonas de cobertura. Percebe-se que é mantida a prática de distribuir os pontos de acesso de forma que a cobertura dentro de cada zona seja a mais homogênea possível.

A cantina localizada próxima ao ponto de acesso 2 e a cozinha, próxima ao ponto de acesso 7, possuem fornos de microondas que geram maior interferência no canal 11, sendo por isso mais interessante a escolha dos ca-nais 1 ou 6 para esses pontos. Com base nessa informa-ção e procurando alocar os canais de operação de forma que a rede de um ponto de acesso não interfira no outro, optou-se pela seguinte configuração de canais.

Figura 7 Posicionamento dos pontos de acesso no Colégio Pedro II


Ponto de acesso Canal

Ponto de acesso 1 1

Ponto de acesso 2 6


Ponto de acesso 4 1

Ponto de acesso 5 6


Ponto de acesso 7 1

Ponto de acesso 8 6



Considerações adicionais sobre este projeto

Não foi observada a presença de interferência de outras redes sem fio Wi-Fi dentro do prédio do Colégio Pedro II. A estrutura robusta do prédio, com fortes paredes de pedra na fachada deve ter contribuído para tal fato. No entanto, como foi necessária a colocação de dez pontos de acesso dentro do prédio, deve-se estar atento à inter-ferência entre as redes internas.

Da mesma forma como foi feito no cenário do CIEP, o planejamento dos canais deve ser feito de antemão atra-vés do site survey, alocando canais ortogonais (1, 6 ou 11) para pontos de acesso adjacentes. Para dez pontos de acesso, é inevitável o reuso de algum canal, já que existem apenas três canais ortogonais. Então, tal reu-tilização deve ser feita de forma cuidadosa, colocando as redes que operam no mesmo canal, fora do alcance umas das outras.


Após a instalação, é sempre importante a validação da implantação da rede para verificar se ela atende aos re-quisitos necessários em termos de cobertura. Novamente, como no CIEP, um notebook deve ser usado para testar a qualidade da conexão em diversos pontos da escola.

Apesar de não ter sido o caso específico do Colégio Pedro II, prédios tombados e com paredes espessas podem ser desafiadores em um item específico: como interconectar os diversos pontos de acesso. Uma rede cabeada, pré-instalada, é extremamente oportuna para o cenário em questão; no entanto, ela nem sempre será possível, por questões econômicas. Existem alternativas que podem ser úteis, como o uso de equipamentos PLC.

Considerações finais

Existe uma grande diversidade de pontos de acesso, com grande variação em termos de potência e número de usuários suportados. Por isso, a análise destes pro-jetos deve levar em conta as características do ponto de acesso proposto.

Um detalhe importante nesta análise é a questão da cobertura versus a questão da quantidade de usuários suportados. Na análise feita até aqui, foi considerada apenas a questão da cobertura. No entanto, uma esco-la pode estar inteiramente coberta e ainda assim pro-ver uma experiência de uso frustrante. Se um ponto de acesso for capaz de suportar apenas 25 usuários, por exemplo (um desempenho bastante comum para pontos de acesso de prateleira), uma rede com dois pontos de acesso não será capaz de suportar mais de 50 usuários simultâneos. Cabe, portanto, estabelecer se o uso con-corrente da rede, por todos ou por um grande número de alunos, é ou não um requisito necessário. Trata-se de um requisito pedagógico que embasa um projeto técnico.

PLC (Power Line Communications): Tecnologia que utiliza a rede elétrica para comunicação de dados


Se, por exemplo, o projeto propõe o uso de pontos de acesso de baixo custo (menos de R$ 200,00, por exem-plo) e exista a necessidade de oferecer acesso simultâneo a duzentos alunos, o projeto apresentado para o CIEP é claramente insatisfatório e necessitará da instalação de mais pontos de acesso, como um ou mais por sala de aula. Outra alternativa é o uso de pontos de acesso que suportem um número significativamente maior de usuá-rios, embora eles sejam bem mais caros.

Em síntese, é preciso tratar em separado a questão da cobertura, que diz respeito às áreas da escola “ilumina-das” pela rede sem fio, e a questão da capacidade, que diz respeito à quantidade de acessos simultâneos que a rede deve ser capaz de suportar.

Em relação à capacidade da rede, é preciso uma etapa posterior de testes. Pela sua própria natureza, testes de capacidade envolvem a situação real de uso, com gran-des quantidades de clientes. Com isso, uma validação final só será possível após a rede entrar em operação.

Voltando ao tópico da cobertura, é necessário frisar que as aberturas e corredores são traços arquitetônicos im-portantes. Um vão de uma escada, por exemplo, pode facilitar a comunicação entre andares distintos, mas pre-judicar a comunicação entre seus lados opostos. Ao pas-so que um corredor pode agir como um duto concentra-dor do sinal, através das sucessivas reflexões que sofre nas paredes. Esses pontos acentuam a importância do levantamento da cobertura após a execução do projeto.

Um aspecto importante, que diz respeito tanto à cober-tura quanto à capacidade, é o balanceamento de carga entre os pontos de acesso, isto é, a forma como os di-versos usuários são distribuídos. Em geral, é importante que os notebooks se associem sempre ao ponto de aces-so mais próximo, já que usuários distantes utilizam taxas mais baixas de conexão, o que sobrecarrega a rede como


um todo (uma conexão lenta ocupa o meio por mais tempo, e o meio é compartilhado por todos). Por isso é importante que os pontos de acesso estejam bem posi-cionados, isto é, distribuídos uniformemente e colocados próximos aos seus usuários.

Pode-se argumentar que os clientes de rede sem fio (no-tebook, por exemplo) já tendem a se conectar aos pontos de acesso com sinal mais forte. Isso é, na maioria das vezes, oportuno, mas pode sobrecarregar um ponto de acesso, deixando o outro ocioso.

Em equipamentos de redes sem fio Wi-Fi mais sofistica-dos, os pontos de acesso são muitas vezes comandados por um controlador central que pode, entre outras coi-sas, realizar uma distribuição automática de usuários. Sem um sistema automático, no entanto, a distribuição deve ser manual. Para isso, sugere-se a identificação dos pontos de acesso por sua localização (o identificador SSID pode ser usado para isso). Um aluno na biblioteca deve, portanto, se conectar ao ponto de acesso identifi-cado como “Biblioteca”, por exemplo.

Por fim, por melhores que sejam as técnicas e os pro-gramas utilizados na elaboração de um projeto de redes sem fio Wi-Fi, a natureza desses sistemas, sobretudo para cobertura de áreas internas, é de baixa previsibili-dade. Em geral, é importante atentar para o dia e horário em que um determinado levantamento de interferências é realizado. Um site survey realizado no domingo, por exemplo, tende a apresentar um resultado pouco repre-sentativo do comportamento da rede durante a semana. Projetos devem ser testados pela realidade do uso.

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