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Wireless Communication NetworksProf. Dr. FelixSingo
REDES DE COMUNICAÇÃO SEM FIOS
Access PointEthernet
Ethernet
Sistema de
Distribuição
Wireless Communication NetworksProf. Dr. FelixSingo
As comunicações WLAN
estão definidas no standard
802.11
Uma rede sem fio é uma
extensão de uma rede
local convencional com
fio, criando-se o conceito
de rede local sem fio -
WLAN
“Uma rede sem fio é um
sistema que interliga vários
equipamentos fixos ou
móveis utilizando o ar
como meio de
transmissão”
Nos últimos anos a comu-
nicação sem fio ganhou
um espaço considerável
nas tecnologias de
transmissão de dados
A WLAN
Que são Redes de
Comunicação sem
Fios?
Wireless Communication NetworksProf. Dr. FelixSingo
Uma WLAN converte
pacotes de dados em ondas
rádio ou infravermelho.
Camada
MAC
Subcamada
PLCP
Subcamada
PMD
Camada Física• RF
• IR
Camada de Enlace
O padrão IEEE 802.11
define uma arquitectura
para as WLANs que
abrange os níveis físico e
de enlace.
As Redes 802.11 baseiam-
se na utilização de ondas
rádio
O Padrão 802.11
IEEE 802.11
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Custo reduzido:
Custos de instalação e de
reconfiguração serão
inferiores.
Facilidade de Instalação:
Dado que a cablagem a
instalar será reduzida ou
nula
Mobilidade:
Os users e os dispositivos
móveis acedem à rede de onde
quer que se encontrem. O que
representa eficiência
Flexibilidade e Escalabilidade:
A rede pode atingir uma grande
diversidade de zonas de acordo
com as necessidades dinâmicas
de comunicação.
802.11 - Características
Podem resumir-se
no seguinte os
atractivos do
802.11:
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Aplicações
• Utilização em zonas ou edifícios antigos ou de
interesse histórico;
• Aplicações de medicina;
• Redes para suporte de eventos temporários;
• Extensão da rede para zonas de produção;
• Utilização em ambientes de ensino, conferências;
• Utilização em ambientes PAN para interligação de
computadores e periféricos
• Utilização como back-up de redes com fios.
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WLAN
Access PointEthernet
Ethernet
Sistema de
Distribuição
• Uma WLAN é, de forma geral, formada por um ou mais pontos de acesso, que estabelecem a comunicação sem fios entre os dispositivos em rede e o sistema de distribuição, que dá acesso aos serviços e às aplicações da rede.
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WLAN
• Sistema de distribuição
– Permite interligar vários pontos de acesso entre si à rede principal onde se encontram os servers de serviços e de aplicações.
• Pontos de Acesso
– São equipamentos que fazem a ponte entre as comunicações sem fios e o sistema de distribuição.
• O nº de Access Points (AP) depende das necessidades de comunicação e da arquitectura da rede.
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Banda: É uma subsecção
do espectro
electromagnético usado
para as frequências de rádio
comunicação
Espectro
Electromagnético:É o intervalo completo de
todas as possíveis frequências
da radiação electromagnética
Fase
É o angulo de inflexão da
onda em um ponto específico
no tempo, medida em graus.
Frequência
Número de cristas ou ciclos
por segundo, medido em Hz,
1 ciclo corresponde a 1 Hz.
Amplitude
É a medida da altura da onda,
voltagem positiva ou negativa,
também definida como altura da
crista da onda.
Essas ondas têm três características
básicas, são elas:
Amplitude, Frequência e Fase.
Espectro Electromagnético
Quando os eléctrons se
movimentam, são geradas ondas
electromagnéticas que se
propagam no ar.
Alguns conceitos
Como
funcionam
as WLAN?
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Como acontece uma comunicação sem fio ?
• Em um circuito eléctrico, após se instalar uma
antena de tamanho apropriado, as ondas
electromagnéticas podem ser transmitidas e
recebidas a uma distância bastante razoável por um
receptor.
• Sabendo-se a frequência e o comprimento de onda
das ondas electromagnéticas, pode-se definir varias
zonas, existido a possibilidade das zonas se
sobreporem.
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… recordando!a. Na transmissão sem fios, os sinais são transmitidos
sob a forma de ondas electromagnéticas
b. A diferença entre os vários tipos de ondas electromagnéticas é o seu comprimento de onda ou frequência
[105 – 106 ]Hz – Ondas rádio AM;
[107 – 108 ]Hz – Ondas rádio FM;
[108 – 109 ]Hz – Micro-ondas terrestres;
108 Hz – Telefone Móvel;
109 Hz – Micro-ondas de satélite;
[1012 – 1014 ]Hz – Infravermelho.
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802.11h
Gerenciamento do
espectro
802.11i
Avanços em segurança
802.11g
Operação em 2,4GHz,
54Mbps, modulação OFDM
compatível com 802.11b
802.11f
Recomendação para redes
ponto a ponto sob protocolo
IAP (Inter Access Point)
802.11e
Suporte para aplicações que
necessitam de (QoS)
802.11d
World Mode (Europa 20dB,
EUA/BRA 36dB)
802.11b
Operação em 2,4GHz,
11Mbps, DSSS/FHSS (Direct
Sequence Spread Spectrum/ Frequeny Hopping
Spread Spectrum)
802.11a
Operação em 5GHz,
54Mbps, modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Principais
características da
família 802.11
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MODULAÇÃO
Access PointEthernet
Ethernet
Sistema de
Distribuição
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A Modulação por Frequência
usa o sistema de chaveamento
de frequência FSK (Frequency
Shift Keying ).
A Modulação por Amplitude
usa o sistema de chaveamento
de amplitude ASK (Amplitude
Shift Keying)
As modulações mais conhecidas são:
• Modulação por Amplitude (AM)
• Modulação por Frequência (FM).
Modulação é o nome deste
processo de variação de um dos
atributos: Frequência, Amplitude
e Fase
Para transmitir um sinal através
de uma rede WLAN é
necessário converter os dados
num sinal físico Modulação
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Às comunicações WLAN foram
atribuídas duas bandas:2.4GHz: normas 802.11; 802.11b e
802.11g
5GHz: normas 802.11a, 802.11n
802.11 - 5 subcamadas físicas:FHSS
DSSS:
Luz Infravermelha
OFDM
HR/DSSS
Camada
MAC
Camada Física• RF
• IR
Camada de Enlace
Modulação
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Multiplexação
• A forma de se agregar várias informações para que a transmissão seja acelerada, se chama multiplexação.
– A FDM (Frequency Division Multiplexing) e
– A TDM (Time Division Multiplexing)
• São as técnicas de multiplexação sem fio que se destacam.
• Elas dividem a largura de banda em canais menores que serão disponibilizados aos usuários.
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A Luz Ultra-violeta, o Raio X e o
Raio Gama, possuem frequências
mais altas. Mas não podem ser
usadas devido a dificuldades na
modulação.
Usando a Modulação, o Rádio, a
Micro-onda e o Infravermelho
podem ser utilizados para
transmitirem informações
Características
das Zonas de
espectro
Ondas Rádio:
• São produzidas frequentemente por circuitos electrónicos e
• Podem percorrer longas distâncias e
• Facilmente podem entrar em prédios,
• São utilizadas na comunicação, tanto em ambientes abertos e fechados
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Potência de
transmissão e mínima
distorção da
propagação do sinal .
Para que uma transmissão
tenha êxito é necessário que
se observe alguns requisitos
importantes
O regulador nacional exerce
um rígido controle sobre os
transmissores de rádio
Usadas normalmente nas
faixas UHF e VHF para que,
com maior velocidade possa
diminuir a interferência
As ondas Rádio são
omnidirecionais, ou seja as
ondas percorrem todas as
direções
O emissor e o receptor não
estão necessariamente
alinhados.
Devido as ondas de rádio
percorrem longas distâncias,
existe a possibilidade de
ocorrer interferências entre
os usuários
Transmissão via Rádio
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É subdividido em 3 regiões:
IR próximo: 780 – 2500nm
IR Intermediário: 2500 - 5000nm
IR longínquo: 50000nm – 1mm
Em ambientes abertos a
comunicação infravermelha é
inviável devido o sol enviar
radiação infravermelho
Um sistema infravermelho
num ambiente fechado, não
interfere em outro, instalado
em uma sala ao lado
William Herschel,1880.
Ondas infravermelhos não
atravessam objectos sólidos
Radiação infravermelha são
ondas de comprimento de 1
milímetro até 700
nanômetros, e, portanto, não
visíveis para o olho humano
Infravermelho
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A construção de duas
torres é mais barata que a
colocação de cabos para
interligar grandes
distâncias
As antenas deverão estar
numa distância entre 5 a
80 Km
Precisam de antenas
para realizarem a
transmissão, recepção e
modulação da rádio
frequência
As frequências de rádio das
micro-ondas são altas, e tem o
comportamento de ondas de luz,
por esse motivo seguem em linha
recta
As micro-ondas tem como
fonte de radiação os
circuitos electrónicos.
Micro-ondas
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Como funcionam?
• Através da utilização de portadoras de rádio ou infravermelho, as Redes Wireless estabelecem a comunicação de dados entre os pontos da rede
• Os dados são modulados na portadora de rádio e transmitidos através de ondas electromagnéticas.
• Múltiplas portadoras de rádio podem coexistir num mesmo meio, sem que uma interfira na outra.
• Para extrair os dados, o receptor sintoniza numa frequência específica e rejeita as outras portadoras de frequências diferentes.
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Como funcionam?
• Para extrair os dados, o receptor sintoniza numa
frequência específica e rejeita as outras
portadoras de frequências diferentes.
• O dispositivo transceptor (transmissor/receptor)
ou ponto de acesso (access point) é conectado a
uma rede local Ethernet convencional (com fio)
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ARQUITECTURA DO 802.11
Access PointEthernet
Ethernet
Sistema de
Distribuição
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O tamanho da BSA (célula) depende
das características do ambiente e da
potência dos transmissores/receptores
usados nas estações
Essas células são
denominadas de BSA (Basic
Service Area)
802.11 define uma arquitetura
para as redes sem fio, baseada
na divisão da área coberta pela
rede em células.
Arquitectura do
Padrão IEEE 802.11
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Um STA pode se deslocar de
um BSS para outro, mantendo
a conexão com a rede -
Roaming.
AP (Access Point) –
responsável por coordenar
a comunicação entre as
STA dentro da BSS.
ESS (Estended Service Set)
– são células BSS próximas
que se interceptam e que os
AP estão ligados a uma
mesma rede tradicional.
STA (Stations) - estações de
trabalho que comunicam-se
entre si dentro da BSS.
BSS (Basic Service Set) -
corresponde a uma célula de
comunicação wireless. Mas
também a um conjunto de
dispositivos dentro da BSA
Uma rede baseada no
padrão 802.11 é
composta pelos
seguintes componentes:
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Qualquer dispositivo que
pretenda aceder a uma rede
deve partilhar o mesmo
SSID
Todas as redes sem fios são
identificadas com um SSID
(Service Set Identifier)
Conceber uma associação
pode implicar um
mecanismo de autenticação
Um dispositivo que queira
comunicar através de uma
rede sem fios tem de
começar por criar uma
associação com o AP
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O Padrão IEEE 802.11
• STA (Stations) - estações de trabalho que comunicam-se entre
si dentro da BSS.
• AP (Access Point) – responsável por coordenar a comunicação
entre as STA dentro da BSS.
• ESS (Estended Service Set) – são células BSS próximas que se
interceptam e que os AP estão ligados a uma mesma rede
tradicional.
• Um STA pode se deslocar de um BSS para outro, mantendo a
conexão com a rede - Roaming.
• Podem operar de dois modos diferentes:
– Infrastructure mode (Redes de Infra-Estrutura) e
– Ad-Hoc mode (IBSS – Independente BSS)
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Existem dois tipos de BSS:
IBSS (Independent BSS)
Também conhecido por
Ad hoc mode
WLAN IBSS
Infrastructure mode (Infra-
Estrutura BSS)
WLAN BSS
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Arquitectura IBSS (Ad hoc)
• Neste modo os dispositivos da BSS comunicam directamente entre si sem usar um ponto de acesso. «WLAN IBSS»
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Infra-estrutura BSS
• Neste modo, os dispositivos comunicam através
de um ponto de acesso que , por sua vez, garante
o acesso ao sistema de distribuição. «WLAN
BSS»
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Tipos de Infra-estrutura
• Redes Infra-Estruturadas– Baseada em infra-estrutura fixa
– Não existe comunicação directa entre os nós
– Toda a comunicação é feita através de estações intermediárias entre os dispositivos e a rede fixa.
• Redes Ad hocs– Não depende de infra-estrutura fixa
– permite que cada nó se comunique directamente com outro nó
– A topologia da rede muda frequentemente já que a conectividade dos nós muda constantemente.• Exemplo: PANs e redes de sensores
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Rede de Bridging
• Uma rede sem fios, também pode ser usada para interligar redes com fios.
• Por exemplo, uma organização que tenha dois edifícios próximos.
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Arquitectura sem Fios ESS
• O alcance de uma rede BSS é determinado pelo
alcance do ponto de acesso.
• No caso de querer criar redes sem fios de maior
dimensão é necessário juntar várias BSS dando
origem às designadas arquitecturas ESS
(Extended Service Set).
• A ESS usa mais do que um AP para cobrir uma
área WLAN maior.
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WLAN ESS
Ethernet
Ethernet
União de duas
BSSs formando
uma ESS
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Tipos de Infra-estrutura
• Redes Mesh
– Combinam infra-estrutura com elementos ad hoc
• Esta rede pode interligar
vários pontos de acesso Wi-Fi
(também chamados nós) e
formar uma mesh ou malha de
conexões que proporcionam
uma ampla cobertura
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Redes Mesh
• Uma rede mesh é composta de vários nós/roteadores, que passam a se comportar como uma única e grande rede, possibilitando que o cliente se conecte em qualquer um destes nós.
• Os nós têm a função de repetidores e cada nó está conectado a um ou mais dos outros nós.
• Redes do tipo mesh possuem a vantagem de serem redes de baixo custo, fácil implantação e bastante tolerantes a falhas.
• Uma característica importante das redes mesh é o roaming, também conhecido como “fast handoff”
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Redes Mesh
• Numa rede Mesh, alguns APs estão ligados à rede com fios, enquanto outros são usados para comutação das tramas ao longo da rede o que origina dois tipos de APs:
• RAP (Root Access Point)
– São APs que estão ligados ao sistema de distribuição com uma rede com fios.
– Estabelecem a ponte entre a rede sem fios e a rede com fios
• MAP (Mesh Access Point)
– São APs no interior de uma rede sem fios que não tem acesso à rede com fios
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Redes Mesh
• AWPP – Adaptive Wireless Path Protocol
– O processo de escolha da melhor rota numa rede mesh é
fundamental
– O AWPP é um dos protocolos que ajudam a determinar as
melhores rotas numa rede sem fios
– O protocolo é usado pelos RAP para determinar a melhor
rota de acesso ao sistema de distribuição.
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Aplicações Industriais
• As redes do tipo mesh também possuem um interessante campo de aplicação que são as redes sem fio para monitoramento e controle de variáveis na área industrial.
• Um ambiente industrial, assim como uma área urbana, possui uma arquitetura complexa, com muitos obstáculos fixos ou móveis que, dependendo da aplicação, dificultam ou inviabilizam a aplicação de enlaces sem fio tradicionais, quer sejam baseados do IEEE 802.11 ou proprietários.
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Problemas
• O grande problema das redes Mesh hoje consiste
no excesso de informações sobre o roteamento
que deve ser transportado junto com os pacotes de
dados. Esta situação é chamada de "overhead".
• Outro problema é a perda de desempenho por
número de saltos.
• Equipamentos com apenas um rádio 802.11g
• Equipamentos mais sofisticados com múltiplos
rádios 802.11n
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Questões de estudo
1. As camadas de acesso do Ethernet e do 802.11 usam o mesmo protocolo de controlo do
acesso ao meio?
2. Para que serve o SSID?
3. As comunicações sem fios necessitam sempre de pelo menos um Access Point?
4. Suponha que um amigo seu se colocava entre o seu computador e a antena do AP.
Dirias para ele sair da frente?
5. Um dispositivo que detecte uma rede sem fios pode de imediato começar a utilizá-la?
6. De que forma o 802.11 evita que os dispositivos, que esperam que o meio fique livre,
iniciem todos a transmissão, simultaneamente, após o período de tempo DIFS?
7. Imagine que está a configurar uma rede e que optou por usar autenticação aberta, mas
utilizando o SSID como segurança, uma vez que ninguém o conhece. É uma boa
opção?
8. Que tipo de dispositivos podem comunicar em modo full-duplex com um AP?
9. Quanto tempo é que um dispositivo tem de esperar antes de iniciar uma transmissão?
10. Numa arquitectura ESS, os Aps não podem ter SSID iguais?
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O que é a Portadora?
• A portadora é um sinal analógico em forma de
onda (tipicamente senoidal) que será modulado (alterado)
para representar a informação a ser transmitida.
• A portadora é, geralmente, de frequência superior à do sinal
modulador (o sinal que contém a informação).
• A portadora é utilizada na radiodifusão.
• Os sinais de modulação em frequência (FM) e
de modulação em amplitude (AM) são ambos transmitidos
com o auxílio de frequências específicas na portadora.
• A frequência própria de uma estação de rádio é, na verdade,
a frequência central da portadora