O documento discute as redes sem fio, explicando que elas permitem a conexão flexível entre dispositivos sem a necessidade de fios. Detalha os três elementos chave de uma rede sem fio: sinais de rádio, formato de dados e estrutura da rede. Também explica os padrões IEEE 802.11 para redes sem fio e como eles especificam o formato e estrutura dos sinais de rádio usados na comunicação sem fio.
1. 1 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Wireless
Os links wireless (sem fio, ou ao pé da letra, com menos fio) entre computadores
locais e o acesso wireless à Internet são um avanço em direção ao amplo
domínio da Internet. As conexões ativas em todos os lugares em um prédio, ou
até mesmo um campus da faculdade inteiro ou um centro comercial, sem a
necessidade de encontrar um local para instalar um fio, podem tornar a rede e
as ferramentas conectadas à rede muito mais flexíveis. E um acesso rápido à
Internet a partir de um cyber café, um saguão de um aeroporto ou um centro de
convenções pode mudar a maneira como você trabalha e permanece on-line
quando está distante de sua base habitual.
Para utilizar com mais eficiência a tecnologia wireless, é importante entender
como estas funcionam, para obter-se o melhor desempenho de uma rede que
não utiliza fios.
O transporte de dados através de uma rede wireless envolve três elementos
distintos: os sinais de rádio; o formato dos dados; e a estrutura da rede.
Cada um desses elementos é independente dos outros dois, portanto é
necessário definir todos os três quando você cria uma nova rede.
No que se refere ao modelo OSI (Open Systems Interconnection), o sinal de
rádio opera na camada Física, enquanto o formato dos dados controla várias das
camadas mais elevadas.
2. 2 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Em uma rede wireless, os adaptadores de rede em cada computador
convertem os dados digitais para sinais de rádio, os quais são transmitidos
para outros dipositivos na rede, e convertem os sinais de rádio que chegam dos
outros elementos da rede de volta para os dados digitais.
O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) produziu um conjunto
de padrões e especificações para redes wireless, sob o título “IEEE 802.11”, o
qual define o formato e a estrutura desses sinais.
O padrão 802.11 original (sem o “b” no final) foi lançado em 1997, e cobre
tipos diferentes de mídias wireless: dois tipos de transmissões de rádio e
redes que utilizam luz infra-vermelha.
O padrão 802.11b, mais recente, oferece especificações adicionais para redes
Ethernet wireless. Um documento relacionado, IEEE 802.11a que operam em
velocidades mais elevadas em diferentes freqüências de rádio.
Outros padrões de rádio 802.11, com outras letras também existem.
Porém, a especificação mais amplamente utilizada atualmente é a 802.11b, e é o
padrão usado, por praticamente qualquer LAN Ethernet.
3. 3 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Existem dois outros nomes (dentre outros vários) para wireless: WECA e Wi-Fi.
O WECA (Wireless Ethernet Compatibility) que é um grupo industrial que inclui
todos os principais fabricantes do equipamento 802.11b, sendo sua missão
testar os dispositivos de rede wireless de todas as suas empresas associadas e
certificar que estes podem operar em conjunto na mesma rede, além de
promover redes 802.11 como o padrão global para LANs wireless. Mas o grupo
WECA adotou um nome mais “amigável”: Wi-Fi, que é a abreviação para
Wireless Fidelity.
Sinais de Rádio
As redes 802.11b operam em uma banda especial de freqüência de rádio em
torno dos 2,4 Ghz, a qual foi reservada, na maior parte do mundo, para
serviços de rádio ponto-a-ponto de espalhamento de espectro não licenciado.
A parte não licenciada significa que qualquer pessoa usando um equipamento
compatível com os requisitos técnicos que pode enviar e receber sinais de rádio
nessas freqüências, sem a necessidade de uma licença para esta transmissão.
Já um serviço de rádio ponto-a-ponto opera um canal de comunicação que
transporta informações de um transmissor até um único receptor. O o oposto
de um ponto-a-ponto é o serviço de radiodifusão (tal como rádio e televisão)
que envia o mesmo sinal para muitos receptores no mesmo instante.
4. 4 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Espalhamento de espectro é uma família de métodos para a transmissão
de um único sinal rádio, usando um segmento relativamente amplo do
espectro de rádio. As redes Ethernet wireless utilizam dois sistemas de
transmissão de rádio de espalhamento de espectro diferentes,
denominados FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) e DSSS (Direct-
Sequence Spread Spectrum). Sendo que as redes wireless mais antigas utilizam
FHSS, já as mais modernas utilizam o DSSS, que é mais rápida que o FHSS.
FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum)
Este metodo usa um sistema de salto de freqüência. Como sugere o nome, a
tecnologia FHSS divide um sinal de rádio em pequenos segmentos e “salta” de
uma freqüência para outra várias vezes por segundo, à medida que
transmite aqueles segmentos. O transmissor e o receptor estabelecem uma
padrão de saltos sincronizados que definem a ordem de seqüência na qual serão
usados diferentes subcanais.
Os sistemas FHSS evitam a interferência de outros usuários, por usar um
sinal transportador estrito, que altera a freqüência várias vezes por segundo.
Em qualquer instante determinado no tempo, cada transmissão provavelmente
estará usando um subcanal diferente, de maneira que não exista interferência
entre o sinal. No caso de ocorrência de conflitos, o sistema reenvia o mesmo
pacote até que o receptor obtenha uma cópia limpa e envie uma confirmação de
volta para a estação transmissora.
5. 5 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Para serviços de dados wireless, a banda 2,4 Ghz não licenciada é dividida em
75 subcanais, cada um deles com 1 Mhz de largura. Cada salto de freqüência
adiciona uma sobrecarga ao fluxo de dados; portanto, as transmissões são
relativamente lentas.
DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum)
A tecnologia DSSS utiliza um método conhecido como seqüência 11-chip
Barker para espalhar o sinal de rádio através de um único canal com 22 Mhz
de largura, sem alterar as freqüências. Cada link do DSSS utiliza um único
canal, sem qualquer salto entre as freqüência. Utilizando então mais largura de
banda e menos energia em comparação a um sinal convencional.
Um transmissor DSSS quebra cada pedaço do fluxo de dados original em
uma série de padrões de bit redundantes denominados chips, e os
transmite para um receptor que reagrupa os chips de volta em um fluxo de
dados idêntico ao original.
A maior parte da interferência provavelmente ocupa uma largura de banda mais
estreita do que um sinal DSSS, e, além disso, cada bit é dividido em diversos
chips; portanto, o receptor geralmente pode identificar ruídos e rejeitá-
los, antes de decodificar o sinal.
6. 6 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Da mesma maneira que outros protocolos de rede, um link DSSS wireless troca
mensagens de estabelecimento de comunicação dentro de cada pacote
de dados para confirmar se o receptor consegue entender cada pacote. A taxa
de transmissão de dados padrão em uma rede DSSS 802.11b é de 11 Mbps,
mas a velocidade pode se reduzida quando existe uma fonte de ruído elétrico
próximo ao receptor, ou quando o transmissor e o receptor estão afastados
demais, para suportar uma operação a total velocidade, sendo então a
velocidade aproximadamente de 5,5 Mbps.
Alocações de Freqüência
De acordo com acordos internacionais, uma janela do espectro de rádio próxima
a 2,4 é de uso público para redes wireless de espalhamento de espectro.
Entretanto, as alocações de freqüência exatas são ligeiramente diferentes de
uma parte do mundo para outra.
Região Banda de Freqüência
América do norte 2.4000 a 2.4835 GHz
Europa 2.4000 a 2.4835 GHz
França 2.4465 a 2.4835 GHz
Espanha 2.445 a 2.475 GHz
Japão 2.471 a 2.497 GHz
7. 7 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
As diferenças de freqüência não são importantes, a menos que você deseje
transmitir de um país para outro.
Mas em alguns casos será necessário definir em seu adaptador de rede um
número de canal diferente quando você viaja para um outro país, mas quase
sempre haverá uma maneira de conectar, assumindo que exista uma rede dentro
do intervalo do seu adaptador de rede.
Os canais das diferentes regiões e países são listados a seguir:
Canal Freqüência do canal (MHz) e local
1 2412 (USA, Europa e Japão)
2 2417 (USA, Europa e Japão)
3 2422 (USA, Europa e Japão)
4 2427 (USA, Europa e Japão)
5 2432 (USA, Europa e Japão)
6 2437 (USA, Europa e Japão)
7 2442 (USA, Europa e Japão)
8 2447 (USA, Europa e Japão)
9 2452 (USA, Europa e Japão)
10 2457 (USA, Europa, França e Japão)
11 2462 (USA, Europa, França e Japão)
12 2467 (Europa, França e Japão)
13 2472 (Europa, França e Japão)
14 2484 (Japão)
8. 8 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Caso não se tenha certeza de qual canal utilizar, consulte a autoridade
reguladora local para obter informações específicas. Outra alternativa consiste
em usar os Canais 10 e 11, que são legais em todos os lugares.
Outro fato muito importante é que cada canal se sobrepõe a diversos outros
canais que estejam acima ou abaixo dele. A banda 2,4 Ghz inteira tem
espaço para apenas três canais completamente separados.
Desta forma para minimizar interferências, caso exista duas redes, você
deve tentar coordenar a utilização de uma das redes com a menor freqüência
e a outra rede a maior freqüência.
Caso sejam três redes, uma deve utilizar o canal 1, outra o canal 6 e a última o
canal 11, evitando desta forma que uma não interfira na outra e obtenham um
ótimo desempenho.
Na prática, é possível otimizar a performance da sua rede, evitando os canais
que todos estejam usando, mas mesmo que você e seu vizinho estejam em canais
adjacentes, suas redes provavelmente funcionarão adequadamente. É mais
provável que você venha ter problemas de interferência causada por outros
dispositivos, como telefones sem fio e fornos de micro-ondas, se usar a banda
2,4 Ghz.
9. 9 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
As especificações 802.11 e várias agências reguladoras também definiram
limites para a quantidade de potência do transmissor e do ganho de antena
usada por um dispositivo Ethernet wireless. Esta restrição pretende limitar a
distância na qual um link de rede pode viajar, permitindo portanto que mais
redes operem nos mesmos canais, sem interferência.
Para elaborar um padrão para redes locais sem fio, o IEEE constituiu o Wireless
Local-Area Networks Standard Working Group, IEEE Project 802.11. Tendo
como objetivo desse projeto definir um nível físico, para transmissões de dados
utilizando meios sem fio, tal como: rádio freqüência ou infravermelho, e um
protocolo de controle de acesso ao meio, o DFWMAC (Distributed Foundation
Wireless MAC).
A arquitetura adotada pelo projeto IEEE 802.qq para rede sem fio baseia-se na
divisão da área coberta pela rede em células. As células são chamadas BSA
(Basic Service Area).
Um grupo de estações comunicando-se por radiodifusão ou infravermelho em
uma BSA, constitui um BSS (Basic Service Set). O tamanho da BSA (célula)
depende das características do ambiente e dos transmissores/receptores usados
nas estações.
Para permitir a construção de redes cobrindo áreas maiores que uma célula,
múltiplas BSA's são interligadas através de um sistema de distribuição via
Access Points – AP's.
10. 10 Wireless – Redes Sem Fio Luiz Arthur
Os AP's são estações especiais responsáveis pela captura das transmissões
realizadas pelas estações de sua BSA, destinadas a estações localizadas em
outras BSA's, retransmitindo-as, usando o sistema de distribuição. Os BSA's
interligados por um sistema de distribuição através de AP's definem uma ESA
(Extended Service Area).
O conjunto de estações formado pela união dos vários BSS's conectados por um
sistema de distribuição define um ESS (Extended Service Set). Cada ESS é
identificado por um ESS-ID. Dentro de um ESS, cada BSS é identificado por um
BSS-ID. Esses dois identificadores formam o Network-ID de uma rede sem fio
IEEE 802.11.
Um ESS formado pela interconexão de múltiplos BSS's constitui uma rede local
sem fio com infra-estrutura. A infra-estrutura consiste nas estações especiais
denominadas pontos de acesso, e no sistema de distribuição que interliga os
pontos de acesso. O sistema de distribuição, além de interligar os vários AP's,
pode fornecer os recursos necessários para interligar a rede sem fio a outras
redes. As funções básicas dos pontos de acesso são:
●Autenticação, Associação e Reassociação: permite que estações continuem
conectadas à infra-estrutura mesmo quando movimentam-se de uma BSA para
outra. As estações utilizam procedimentos de varredura para determinar qual é
o melhor ponto de acesso (a potência do sinal e a qualidade da recepção dos
quadros enviados pelos AP's são considerados na classificação) e associam-se a
ele, passando a acessar o sistema através do AP escolhido.
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●Gerenciamento de Potência: permite que as estações operem economizando
energia. Para tal é necessário que o AP armazene temporariamente quadros
endereçados a estações que estão poupando energia (operando com a função de
recepção desabilitada – modo power save). O AP e as estações operam com
relógios sincronizados, periodicamente as estações ligam seus receptores e o AP
transmite quadros anunciando tráfego, para que as estações possam se preparar
para receber os quadros a elas endereçados que estão armazenados no AP.
●Sincronização: esta função deve garantir que as estações associadas a um AP
estão sincronizadas por um relógio comum. A função de sincronização é
implementada através de envio periódico de quadros carregando o valor do
relógio do AP. Esses quadros são usados pelas estações para atualizar seus
relógios com base no valor neles transportado. A sincronização é usada, por
exemplo, para programar o momento que uma estação deve ligar seu receptor
(power up) para receber as mensagens enviadas periodicamente pelo AP
anunciando tráfego.
Um caso especial nessa arquitetura é uma rede onde o ESS é formado por um
único BSS. Esse tipo de rede é denominada rede local sem fio Ad-Hoc. Uma
rede Ad Hoc permite a comunicação entre estações entre estações (próximas
umas das outras) sem utilizar nenhuma infra-estrutura.