La ns sem fio

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La ns sem fio

  1. 1. Prof. Dr. Fernando AlmeidaLANS SEM FIO (WIRELESS LANS)
  2. 2. Introdução Nomadismo habilidade de se movimentar, mas sem manter o serviço Aeroportos, shoppings, etc Mobilidade habilidade de se movimentar mantendo a disponibilidade do serviço
  3. 3. Usuário Nômade CM CM CM Freqüência 2 Freqüência 1Obs: Estações nômades podem trocar de freqüência/célula
  4. 4. Mobilidade: definição ITU-T Fixed wireless access (FWA): Aplicação de acesso wireless onde a localização do dispositivo terminal e o respectivo ponto de acesso à rede são fixos; Mobile wireless access (MWA): Aplicação de acesso wireless onde a localização do dispositivo terminal é móvel; Nomadic wireless access (NWA): Aplicação de acesso wireless onde o dispositivo terminal pode estar em diferentes lugares mas deve estar estacionário durante o uso.
  5. 5. Tipos de mobilidade: IETF Mobilidade Global ou Macro Mobilidade sobre uma grande área, incluindo, inclusive procedimentos de registro de endereço, quando a movimentação ocorre entre domínios Mobilidade Local ou Micro Mobilidade sobre uma área restrita. Mobilidade dentre de um mesmo domínio IP e uso de sinalização dentro de uma mesma rede de acesso
  6. 6. Suporte para mobilidade: IETF Suporte a Mobilidade de Hosts Conjunto de funcionalidades para o suporte a um host trocar seu ponto de acesso à rede, sem interromper o fluxo de pacotes Suporte a Mobilidade de Rede Funcionalidades que permitem uma rede inteira mudar seu ponto de acoplamento com o backbone
  7. 7. Meios para a Mobilidade Telefonia Celular Já oferece mobilidade há muito tempo, com mecanismos para handover PCS – Personal Communication Systems Evolução em várias características da comunicação celular Comunicação de Dados em ambiente Wireless Uso de tecnologias como WiFi e WiMAX A mobilidade está evoluindo, do nomadismo para a mobilidade geral A mobilidade geral leva à necessidade de mecanismo de handover
  8. 8. Mobilidade e Convergência A convergência está unificando e integrando as aplicações num ambiente de comunicação de dados; Convergência, aplicações multimídia e a interatividade levam a necessidade de lidar com controle de QoS; Mobilidade geral, convergência, aplicações multimídia e a interatividade levam ao conceito de “any thing, any time, any where”;
  9. 9. Any thing, Any time, Any where • Qualquer tipo de tráfego ou serviço; • Multimídia, voz e dados; Any Thing • Com interatividade;(qualquer serviço) • Com melhor QoS possível; • Vários modelos de aplicação; • Modelos de delivery. Significado Fim-a-fim. • Continuidade de serviço; Any Time • Serviço disponível a qualquer instante; Centrado(em qualquer hora) • Desde que o usuário tenha algum acesso; no Usuário. • Mobilidade geral; • Independentemente de provedor ou, Any Where • Tecnologia de acesso;(a qualquer lugar) • Com melhor QoS possível; • Melhor relação custo/benefício.
  10. 10. Framework para Any Thing, Any Time,Any Where Gerência de Rede Gerência e Controle de QoS Sistema Provedor de Sistema Provedor de Sistema Provedor de Conteúdo e Serviço Conteúdo e Serviço Conteúdo e Serviço Rede de Acesso Rede de Acesso Rede de Acesso [Frame Relay] [ATM] [SDH] Backbones (IP, MPLS, DiffServ,...) Rede de Acesso Rede de Acesso Rede de Acesso [ADSL] [WiFi] Rede de Acesso [Mobile IP] [Digital TV] Rede de Acesso [WiMax] PAN [802.11 ad hoc] PAN [Bluethooh]
  11. 11. Cenário atual Mobilidade e interatividade multimídia
  12. 12. Cenário atual TV Digital Interativa
  13. 13. TV Digital InterativaHerda o conceito bidirecional Local Region 1 DVB-H Services DVB Core Region 2 DVB-H Core ADSL Net CDS Content Delivery GGSN System SGSN Mobile Core UTRAN Streaming User Data Server Repository AAA, Charging
  14. 14. Exemplo de Aplicação (1) TV Digital e Interatividade Reportagem ao vivoAlguém está vendo TV: Noticiário Diário: Mas, algo acontece, bem longe dali:
  15. 15. Exemplo de Aplicação (2) Entrevista, reportagem ao vivo Alguém telefona … Pedindo … obtendo ajuda e … fama!
  16. 16. Exemplo de Aplicação (3) Entrevista, reportagem ao vivo …o Noticiário!Porque é possível enviarimagem ao vivo para …
  17. 17. Futuro da busca na Internet Dispositivo móvel Acesso Wireless Banco de dados geográfico e de imagens Processamento de imagens
  18. 18. Futuro da busca na Internet
  19. 19. Futuro da busca na Internet
  20. 20. Futuro da busca na Internet
  21. 21. Redes sem Fio - Introdução Alternativa ao cabeamento Áreas abertas muito grandes (plantas industriais, supermercado, etc) Prédios antigos e/ou históricos Escritórios pequenos Interconexão de Prédios Link ponto-a-ponto entre prédios Não é uma LAN, mas suas tecnologias são wireless
  22. 22. Wireless LAN com uma célula UM CM Célula WirelessCM: Control ModuleUM: User Module
  23. 23. Wireless LAN com várias células UM UM UM UM UM UM UM UM CM CM Freqüência 2 UM CM UMUM UM Freqüência 3 Freqüência 1
  24. 24. Wireless LAN com várias células
  25. 25. Wireless LAN com várias células
  26. 26. Wireless LAN com várias células
  27. 27. Redes sem Fio - Introdução Tecnologia que mais cresce nos dias atuais Encontradas em campi universitários, em edifícios comerciais e em vários órgãos do setor público IEEE 802.11 – LAN sem Fio (WLAN) Arquitetura Basic Service Set (BSS) Extended Service Set (ESS)
  28. 28. Basic Service Set (BSS) Base de uma rede LAN sem fio (WLAN) Formada por estações wireless fixas ou móveis e, opcionalmente, por uma estação- base conhecida como AP (Access Point) Uma BSS sem AP é uma rede isolada e independente que não pode transmitir dados para outras BSSs São capazes de se localiza e concordar entre si Faz parte de uma única BSS
  29. 29. Nota Uma BSS sem um AP é conhecida como rede ad-hoc Uma BSS com um AP é conhecida como rede infra-estruturada
  30. 30. Extended Service Set (ESS) É formada por duas ou mais BSSs com AP BSSs são conectadas por meio de um sistema de distribuição (normalmente é uma LAN com fio) Um sistema de distribuição interliga as BSS via APs Composta por dois tipos de estações: móveis e fixas Móveis – estações comuns de uma BSS Fixas: estações especiais - APs
  31. 31. ESS – Extended Service Set
  32. 32. BSS e ESSBSS Rede de Distribuição Basic ServicesESS Rede de Distribuição Basic Services Basic Services Extended Services
  33. 33. Outro exemplo Distribution System (DS)
  34. 34. Tipos de Estação Sem transição Estação fixa (não pode se movimentar) ou pode se movimentar apenas dentro da BSS Transição inter-BSS Estação com mobilidade de transição, pode ser movimentar entre BSSs, confinada a mesma ESS Transição inter-ESS Estação com mobilidade de transição inter-ESS, pode se movimentar entre ESSs O padrão 802.11 não assegura que a comunicação será contínua durante a transição entre ESSs
  35. 35. Redes Ad-hoc Não requer uma infra-estrutura como um backbone ou pontos de acesso Todos os terminais funcionam como roteadores Protocolo usado OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) Não há topologia predeterminada A comunicação entre os nós é feita diretamente entre eles Os próprios terminais são responsáveis pela organização e controle da rede
  36. 36. Redes Ad-hoc Computadores interligados sem a utilização de um ponto de acesso (Access Point) Este tipo de conexão é inteiramente privado, onde um computador da rede se torna o controlador dela Muito utilizada para a transferência de arquivos entre computadores, ambiente de treinamento e reuniões (rede temporária) Pode ser utilizado para compartilhamento de Internet
  37. 37. Exemplos de uma rede Ad-hoc
  38. 38. Redes infra-estruturadas É composta por um AP (Access Point ou Ponto de Acesso) e clientes conectados a ele O AP realiza um papel semelhante a um HUB ou roteador, fazendo assim uma ponte entre a rede cabeada e a rede sem fio A ligação física entre ambas é feita de modo simples Conexão de um cabo Ethernet da rede cabeada convencional ao ponto de acesso, onde este permitirá o acesso sem fio de seus clientes
  39. 39. Exemplo de uma rede Infra-estruturada
  40. 40. AP: Access Point Estação que provê acesso ao Sistema de Distribuição
  41. 41. Portal Ponto lógico onde dados de uma LAN (não 802.11) acessa o Sistema de Distribuição
  42. 42. Arquitetura 802.11 completa
  43. 43. Prof. Dr. Fernando AlmeidaACESSO MÚLTIPLO
  44. 44. Introdução Enlace (ou canal) dedicado disponível entre o emissor e receptor Exemplo: Conexão Internet usando PPP Compartilhamento de canal (não dedicado) Ligação de um celular para outro Camada de enlace divida em duas camadas Subcamada superior Responsável pelo controle do enlace de dados Subcamada inferior Responsável pelo controle de acesso a meios físicos compartilhados
  45. 45. Camada de Enlace de dados Controle de fluxo e erros – Logical Link Camada de enlace Control (LLC) Também conhecida como Media Access Control (MAC)Divisão IEEE para LANs
  46. 46. Acesso múltiplo Quando os nós são conectados em um enlace comum, há a necessidade de um protocolo de acesso múltiplo Responsável por coordenar o acesso ao meio físico (link) Similar às regras para se ter a palavra em uma reunião Garante que o direito de se manifestar seja respeitado Sem interrupção, monopólio ou simultaneamente
  47. 47. Taxonomia dos Protocolos deacesso múltiplo
  48. 48. Protocolo de Acesso Randômico Acesso randômico ou de contenção, nenhuma estão é superior a outra Não existe controle sobre o outro As estações utilizam procedimentos pré- determinado pelo protocolo Dependente do estado do meio de transmissão (livre ou ocupado) Ocupação do meio é aleatória Estações concorrem entre si para ganhar o acesso ao meio (métodos de contenção)
  49. 49. Acesso Randômico Pode haver conflito no acesso – COLISÃO Frames são destruídos ou modificados Evolução partiu do protocolo ALOHA Procedimento denominado multiple access (MA) Estações “escutam” a rede antes de transmitir (também conhecido como carrier sense multiple access - CSMA) CSMA/CD (carrier sense multiple access with colision detection) CSMA/CA (carrier sense multiple access with colision avoidance)
  50. 50. CSMA/CA O CSMA/CD detecta a colisão Quando não existe colisão, a estação recebe um sinal: seu próprio sinal Quando há colisão, a estação recebe dois sinais: seu próprio sinal e o sinal transmitido por outra estação Repetidores podem amplificar o sinal e a energia detectada praticamente dobra Numa rede sem fio, grande parte da energia é perdida durante a transmissão
  51. 51. CSMA/CA O sinal recebido tem muito pouca energia Uma colisão poderia acrescentar apenas 5% a 10% de energia adicional Não sendo suficiente para a detecção eficaz de colisão A colisão deve ser evitada Não há como detectá-las Colisões são evitadas por meio de três estratégias: Interframe space (espaçamento entre frames) Contention window (janela de contenção) Acknowledgments (confirmações)
  52. 52. Interframe Space (IFS) Colisões são evitadas postergando a transmissão mesmo que o canal se encontre ocioso Estação não envia dados imediatamente Aguarda por certo período de tempo (IFS) Estações podem estar distantes IFS podem ser usados para priorizar estações ou tipos de frames Para transmitir, uma estação deve esperar o tempo IFS e aguardar o tempo igual ao tempo de contenção
  53. 53. Contention Window Pode ser definida como o intervalo de tempo dividido em slots Uma estação pronta para transmitir, escolhe um número randômico de slots para seu tempo de espera O número de slots muda de acordo com a estratégia de recuo exponencial binário O número de slots vai dobrando cada vez que a estação não conseguir detectar um canal ocioso após o período IFS
  54. 54. Contention Window Técnica semelhante ao método p-persistent Exceto pelo resultado randômico definir o número de slots tomados pela estação que aguarda Estações precisam “escutar” o canal após cada time slot Se a estação constatar que o canal está ocupado, ela não reinicia o processo; simplesmente para o timer e o reinicia quando perceber que o canal está ocioso Isso dá prioridade à estação com o maior tempo de espera
  55. 55. Acknowledgments (Confirmações) Mesmo com todas essas precauções, ainda pode haver colisões Provê a destruição dos dados Confirmações positivas e o time-out podem ajudar a garantir que o receptor tenha recebido o frame
  56. 56. Timing no CSMA/CA
  57. 57. CSMA e as Redes sem fio Foi desenvolvido basicamente para ser utilizada em redes sem fio Não é suficiente sofisticado para tratar determinadas questões relacionadas com redes sem fio Terminais ocultos Terminais expostos Expansão do protocolo com a adição de handshaking
  58. 58. Fluxograma do CSMA/CA
  59. 59. Acesso Controlado As estações fazem uma consulta entre si para saber qual delas tem autorização para transmitir Uma estação não pode transmitir se não tiver autorização das outras estações Métodos mais populares Reservation Polling Token Passing
  60. 60. Reservation Estações precisam fazer uma reserva antes de transmitir O tempo é dividido em intervalos Em cada intervalo, um frame de reserva precede os frames de dados enviados naquele instante
  61. 61. Polling Opera em topologias nas quais um dispositivo é designado como estação primária e os demais como estações secundárias O dispositivo primário faz o controle de acesso ao meio
  62. 62. Token Passing Estações são organizadas em um anel lógico O acesso ao canal é feito através do token A posse do token dá à estação o direito de acessar o canal e enviar dados Deve haver gerenciamento de tokens
  63. 63. Canalização Método de acesso múltiplo no qual a largura de banda disponível é compartilhada no tempo, frequência ou por código Métodos de canalização Frequency-Division Multiple Access (FDMA) Time-Division Multiple Access (TDMA) Code-Division Multiple Access (CDMA)
  64. 64. FDMA A largura de banda disponível do canal comum é dividida em faixas de frequência Para evitar interferências entre as estações, as faixas de frequência são separadas, uma das outras, por pequenas bandas de proteção Cada faixa de frequência é reservada a determinada estação e ela permanecerá durante todo o tempo
  65. 65. FDMA Frequency-Division Multiple Access
  66. 66. TDMA As estações compartilham a largura de banda do canal no tempo É alocado um time slot para cada estação durante o qual ela pode enviar dados Cada estação transmite seus dados em seu time slot atribuído Principal problema está na sincronização entre diferente estações
  67. 67. TDMA Time-Division Multiple Access
  68. 68. CDMA Comunicação com códigos diferentes Exemplo: pessoas x diferentes idiomas Um canal transporta simultaneamente todos os canais Somente um canal ocupa a largura de banda inteira do enlace (CDMA x FDMA) Todas as estações podem enviar dados simultaneamente; não há compartilhamento de tempo (CDMA x TDMA)
  69. 69. CDMACode-Division Multiple Access
  70. 70. Media Access Control (MAC) O padrão IEEE 802 criou uma subcamada denominada Media Access Control Define métodos de acesso específicos para cada rede LAN CSMA/CD para LANs Ethernet Token-passing para LANs Token Ring e Token Bus Define o método de acesso e o formato de framing específico para o protocolo LAN correspondente
  71. 71. Protocolo MAC do padrão 802.11 O padrão IEEE 802.11 estabelece duas subcamadas: DCF (Distributed Coordination Function) Function) PCF (Point Coordination Function) Function)
  72. 72. DCF – Distributed Coordination Function Protocolo fundamental no padrão IEEE 802.11 (WLAN) Emprega o protocolo CSMA/CA como método de acesso ao meio juntamente com o algoritmo de back-off Deve ser implementado em todas as estações que operam de acordo com o padrão 802.11 Independente da configuração de rede utilizada ser ad-hoc ou infra-estruturada
  73. 73. DCF Implementa o Procedimento Backoff (aleatório) random () x aSlotTime random = valor aleatório dentro do intervalo [0,CW] Define um conjunto de temporizadores DIFS (DCF Interframe Space) aSIFSTime + 2 x aSlotTime SIFS (Short Interframe Space) Intervalo de tempo menor que DIFS usado para transmissão de ACK, CTS Ao final se o meio permanecer livre – inicia transmissão Ao final da transmissão aguarda um ACK que reinicializa todos os valores envolvidos na transmissão;
  74. 74. DCF As LANs sem fio não podem implementar o CSMA/CD por três motivos: Deve ser capaz de enviar dados e receber sinais de colisão ao mesmo tempo aumento do custo e banda exigência de largura de banda Dispositivos podem estar “Escondidos” num ambiente wireless Colisão deve ser detectada por todas as estações Distâncias entre estações Enfraquecimento do sinal
  75. 75. Fluxograma para o CSMA/CA
  76. 76. Linha do tempo1. Antes de iniciar a transmissão de um frame, a estação de origem ouve o meio verificando o nível de energia da portadora de frequência 1. Persistência com backoff até que o canal fique livre 2. Após detectar que o meio está livre, a estação espera por um tempo denominado Distributed Interframe Space (DIFS) e transmite um Request to Send (RTS)
  77. 77. Linha do tempo2. Após receber o RTS e esperar um curto intervalo de tempo (Short interframe Space (SIFS), a estação de destino também envia um frame de controle (Clear to Send (CTS)) à estação de origem 2. Indica que a estação está pronta para receber dados3. Após um período de tempo igual ao SIFS, a estação de origem envia os dados
  78. 78. Linha do tempo4. Após um período de tempo igual ao SIFS, a estação de destino envia um ACK 4. Necessária neste protocolo porque a estação de origem não tem como verificar o sucesso do recebimento dos dados no destino
  79. 79. Network Allocation Vector (NAV) Como o aspecto collision avoidance deste protocolo é realizado? Elemento chave é o NAV Quando uma estação envia um frame RTS, ela inclui o tempo de duração necessário para ocupar o canal As estações afetadas criam um relógio de temporização (Network Allocation Vector) Exibe o tempo restante para liberação do canal As estações verificam os relógios NAV antes de verificar se o meio está livre para a transmissão
  80. 80. CSMA/CA e NAV
  81. 81. Colisão durante o handshaking Duas ou mais estações podem tentar transmitir frames RTS ao mesmo tempo Os frames podem colidir Não existe mecanismos para detecção de colisão Transmissor assume que ocorreu colisão se um frame CTS não for recebido no receptor Utiliza a estratégia de backoff
  82. 82. PCF – Point Coodination Function Método de acesso opcional e mais complexo Pode ser implementado em redes de infra- estrutura (não em rede ad-hoc) É implementado sobre o DCF Usado em transmissões de dados sensíveis a atrasos Implementa um método de acesso centralizado por meio de polling, livre de contenção
  83. 83. PCF Função: Prover acréscimo de desempenho; Controla e ordena o acesso ao meio, “ditando” qual a estação terá o direito de transmitir; Utiliza PIFS time; CFP – Período Livre de Contenção; Ponto de Acesso – Point Coordinator
  84. 84. PCF O AP é responsável por fazer a varredura (polling) em todas as estações capazes de serem varridas Ocorre uma após a outra Enviam dados que possuam ao AP Tem prioridade sobre o DCF Implementa um conjunto de temporizadores entre frames PIFS e SIFS PFIS (PCF IFS) – mais curto que o DIFs Se uma estação usar apenas o DFC e um AP usar o PCF, o AP terá prioridade
  85. 85. PCF Estações que usam apenas o DCF talvez não consigam acessar o meio de transmissão Para impedir isso, a técnica intervalo de repetição foi desenvolvida Se repete continuamente Frame de controle especial, beacon frame (frame de sinalização) Quando as estações escutam o frame de sinalização, elas iniciam seu timer NAV Cobre tanto o tráfego livre de contenção (PCF), quanto o tráfego baseado em contenção (DCF)
  86. 86. PCF – exemplo de intervalode repetição O 802.11 usa a técnica piggybacking ACK é incluso dentro do pacote
  87. 87. PCF – Funcionamento PC aguarda o meio ficar livre por PIFS time Como PIFS é menor que DIFS então não existe concorrência entre estações e Point Coordinator pelo acesso ao meio; Ao iniciar o CFP, o PC envia quadro Beacon contendo informação de quanto tempo o CFP terá e quando ele ocorrerá novamente. O NAV das estações são ajustados com estas informações Após enviar o quadro Beacon, o PC aguarda SIFS Time e envia um quadro D1 (dados + pooling) para a estação
  88. 88. PCF - Funcionamento A primeira estação na lista do Ponto de Acesso que receber o quadro de pooling aguardará SIFS time e executará a sua transmissão O Ponto de acesso aguarda SIFS Time e envia o quadro D2 para a segunda estação e assim por diante
  89. 89. Nota “Durante o intervalo de repetição, o PC (Point Controller) pode enviar um frame poll, receber dados, transmitir um ACK e receber um ACK ou realizar qualquer outra combinação dessas ações. Ao final do período livre de contenção, o PC envia um frame CF end (fim do período de contenção) para permitir que as outras estações baseadas em contenção possam utilizar o meio de transmissão”
  90. 90. Fragmentação Ambiente wireless é bastante susceptível a ruídos Um frame corrompido tem de ser retransmitido Recomenda-se a fragmentação dos frames Maior sucesso na transmissão
  91. 91. Formato do FrameCampo controle do frame (FC)
  92. 92. Subcampos do campo FC Campo ExplicaçãoVersion A versão atual do protocolo é 0Type Tipo de informação do corpo do frame: (00) gerenciamento, (01) controle, (10) dados;Subtype Define o subtipo para cada frame: (1011) RTS, (1100) CLR, (1101) ACKToDS Para o Distribution Service;FromDS Vem do Distribution Service;More Flag: Mais fragmento;Retry: Frame retransmitido;Pwr mgt Estação no modo de gerenciamento de energia;More data Estação tem mais dados para enviar;WEP Criptografia foi ativada;Rsvd Reservado
  93. 93. Formato do Frame D: Define dois tipos de frames Tempo de duração da transmissão – estabelecimento NAV Define o ID (identificação) do frame – frame de controle Endereço: Existem 4 endereços, cada qual com 6 bytes de tamanho (será abordado posteriormente) Controle de sequência número sequêncial do frame Corpo do Frame Informações baseadas nos campos type e subtype FCS detecção de erro (sequência CRC-32)
  94. 94. Tipos de Frames – 802.11 Frames de gerenciamento Usados para estabelecer comunicação entre as estações e pontos de acesso (access point) Frames de controle Utilizados durante o acesso ao canal e para confirmação de frames Frames de dados Utilizados no transporte de dados e de controle
  95. 95. Mecanismos de endereçamento Bastante complexo devido ao fato de poder existir estações intermediárias (APs) entre origem e destino Há 4 casos definidos pelos valores dos dois flags no campo FC (To DS e From DS)
  96. 96. Endereçamento Caso 1
  97. 97. Endereçamento Caso 2
  98. 98. Endereçamento Caso 3
  99. 99. Endereçamento Caso 4
  100. 100. Mecanismos de endereçamentos
  101. 101. Problema da estação oculta B e C estão ocultas uma em relação à outra no que diz respeito a A
  102. 102. Nota O frame CTS de handshake no CSMA/CApode evitar colisões mesmo que exista uma estação oculta
  103. 103. Problema da Estação Exposta C está exposta à transmissão de A e B
  104. 104. Emprego do handshaking
  105. 105. CAMADA FÍSICA
  106. 106. Camada Física O padrão 802.11 também define as especificações para conversão de bits em sinal elétrico na camada física Uma especificação utiliza a faixa de frequência na região do infravermelho Outras cinco estão na faixa de rádio frequência
  107. 107. Camadas Físicas
  108. 108. IEEE 802.11 - FHSS Frequency-Hopping Spread Spectrum Descreve o método de espalhamento espectral por saltos de frequência Gera sinal na faixa ISM de 2.4 GHz Essa faixa de frequência é dividida em 79 canais de 1 MHz (e bandas de proteção) Uma função geradora de números pseudo aleatórios seleciona o salto para a faixa habilitada Possui taxa de dados total de 1 ou 2 Mbps
  109. 109. IEEE 802.11 - FHSS Se a largura de banda do sinal original é B, a largura de banda partilhada pelo espectro espalhado (spread spectrum) é NxB O espalhamento dificulta pessoas não autorizadas invadirem o sistema para acessarem dados transmitidos
  110. 110. Seleção de frequência FHSS
  111. 111. IEEE 802.11 - FHSS
  112. 112. IEEE 802.11 - FHSS Transmissor e receptor devem concordar sobre a sequência da divisão da banda para manutenção de um único canal lógico O intervalo de tempo característico em cada faixa é tipicamente 400ms ou mais (Tempo de habilitação) Não constitui acessos múltiplos Todas as estações disputam a utilização das mesmas faixas para envio dos respectivos dados
  113. 113. IEEE 802.11 - DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Método de espalhamento espectral para geração do sinal na faixa de frequência ISM próxima a 2,4 GHz Cada bit enviado pelo transmissor é categoricamente substituído por uma sequência de bits denominada chip code ou bit-code
  114. 114. IEEE 802.11 - DSSS Para evitar buffering (uso de área de memória temporário) o tempo necessário para transmitir um chip-code deve ser o mesmo tempo necessário para transmitir um bit original Se o número de bits em cada chip-code for N, então a taxa de transmissão dos chip-codes será N vezes a taxa de transmissão da cadeia original de bits
  115. 115. IEEE 802.11 - DSSSSemelhante ao CDMA É implementado na camada física Não se trata de outro método de acesso múltiplo para a camada de enlace Utiliza métodos de contençãoA sequência de bits usa toda a bandaResulta numa taxa de transferência de dadosde 1 ou 2 Mbps
  116. 116. IEEE 802.11 - DSSS
  117. 117. IEEE 802.11 - DSSS
  118. 118. IEEE 802.11 - Infravermelho Usa luz infravermelha na faixa de 800 a 950 nm A técnica de modulação é a PPM (Pulse Position Modulation) Possui sequências de bits, onde cada sequência é convertida em sinais ópticos A presença de luz define bit 1 (um) e a ausência de luz define bit 0 (zero)
  119. 119. IEEE 802.11a - OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Descreve um método de multiplexação para geração do sinal na faixa de frequência ISM próxima a 5 GHz Parecido com FDM Todas as subfaixas são usadas simultaneamente por uma mesma estação de origem num dado instante de tempo As estações de origem disputam entre si o acesso a camada de enlace de dados
  120. 120. OFDM Toda a banda passante é dividida em 52 subfaixas, onde 48 delas estão destinadas a enviar 48 grupos de bits por vez, e as outras 4 são utilizadas para controle da informação Semelhante ao ADSL A divisão da banda em subfaixas diminui os efeitos de interferência Escolhas aleatórias de subfaixa permitem a implementação de níveis de segurança Utiliza PSK e QAM para modulação Transmissão de dados típica ocorre a 18 Mbps (PSK e 54 Mbps (QAM)
  121. 121. IEEE 802.11a - OFDM
  122. 122. IEEE 802.11a – OFDM
  123. 123. IEEE 802.11b – HR-DSSS High-Rate-DSSS Método de espalhamento espectral de seuqência direta de alta velocidade Geração de sinais na faixa de frequência ISM de 2.4 GHz Similar ao DSSS, exceto pelo método de codificação Complementary Code Keying (CCK) CCK codifica 4 ou 8 bits num único símbolo CCK
  124. 124. IEEE 802.11b – HR-DSSSPara ser compatível com as versõesanteriores do DSSS, o HR-DSSS define 4velocidades para transmissão de dados: 1, 2, 5,5 e 11 Mbps 1 e 2 Mbps (modulação DSSS original) 5,5 Mbps (modulação BPSQ) 11 Mbps (modulação QPSK)
  125. 125. IEEE 802.11g - OFDM Esta especificação é relativamente nova e utiliza OFDM numa faixa de frequência ISM de 2,4 GHz Atinge velocidades de transmissão de dados de 22 a 54 Mbps É compatível com versões anteriores do IEEE 802.11 b Usa a técnica de modulação OFDM
  126. 126. Comparativo
  127. 127. Padrões IEEE 802.11: Velocidades IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g Taxa de 6, 9, 12, 54 1 a 11 Mbps - 20 a 54 Mps Transmissão Mbps Potência do sinal Banda de 5GHz 2,4 GHz 2,4 GHz Transmissão Esquema de OFDM DSSS OFDM Codificação (Ortogonal (Ortogonal FDM) FDM)
  128. 128. Freqüências e Potências do IEEE 802.11 Padrão Região/País Freqüência Potência802.11b & g América do Norte 2,4 - 2,4835 GHz 1000 mW802.11b & g Europa 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW802.11b & g Japão 2,4 - 2,497 GHz 10 mW802.11b & g Espanha 2,4 - 2,4875 GHz 100 mW802.11b & g França 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW802.11a América do Norte 5,15 - 5,25 GHz 40 mW802.11a América do Norte 5,25 - 5,35 GHz 200 mW802.11a América do Norte 5,47 - 5,725 GHz não aprovado802.11a América do Norte 5,725 - 5,825 GHz 800 mW
  129. 129. BLUETOOTHProf. Dr. Fernando Luiz de Almeida
  130. 130. Bluetooth Tecnologia para redes LANs sem fio (WLANs) Desenvolvida para conectar diversos dispositivos de diferentes funções Telefones, notebooks, computadores (desktop e laptop), câmeras, impressoras, cafeteiras, etc Trata-se de uma rede ad hoc (formação espontânea) Padrão IEEE 802.15 (PAN – Personal Area Network) Distâncias de no máximo 10 m e velocidade de 1 Mbps (sala ou hall)
  131. 131. Bluetooth Opera na frequência ISM na faixa de 2.4 GHz dividida em 79 canais de 1 MHz Utiliza Spread Spectrum Frequency Hopping Modulação GGSK (Gaussian FSK) Método de acesso é TDD-TDMA (Time Division DuplexingTDMA)
  132. 132. Bluetooth: versões e classes
  133. 133. Arquitetura: Piconet Uma rede Bluetooth é denominada Piconet Pode ter até 8 estações, uma das quais é chamada de primária, as demais são chamadas de secundárias Outras estações podem estar em estado estacionário Estações secundárias sincronizam seus clocks e sequência de saltos com a primeira A comunicação pode ser ponto-a-ponto ou multiponto
  134. 134. Piconet
  135. 135. Arquitetura: Scatternet Redes Piconets podem ser combinadas para formar uma Scatternet Uma estação pode pertencer a duas Piconets Uma estação secundária de uma Piconet pode ser primária de outra Piconet Essa estação pode trocar mensagens entre as Piconets
  136. 136. Scatternet
  137. 137. Piconets e Frequency Hoppinghttp://electronics.howstuffworks.com/bluetooth2.htm
  138. 138. Dispositivos Bluetooth Todo dispositivo tem um transmissor embutido na faixa de radiofrequência de curto alcance Taxa de dados atual é de 1 Mbps (2,4 GHz) Existe possibilidades reais de interferências entre LANs IEEE 802.11b e as LANs Bluetooth
  139. 139. Dispositivos Bluetooth
  140. 140. Camadas Bluetooth
  141. 141. Camada de Rádio Equivalente a camada física do modelo Internet Dispositivos Bluetooth são de baixa potência e têm alcance típico de 10 m Opera na faixa de frequência ISM de 2.4 GHz, dividida em 79 canais espaçados em 1 MHz Utiliza a Técnica de espalhamento FHSS Salta 1600 vezes por segundo, portanto, um dispositivo fica numa frequência 625 µs Utiliza a modulação GFSK (Gaussian FSK); Os canais de transmissão utilizam frequências de portadoras de valores: • f = 2.402 + n onde n = 0, 1, 2, 3, ..... 78. (em MHz).
  142. 142. Camada Banda Base Equivale a camada MAC das redes LANs O método de acesso é o TDMA TDD-TDMA (Time-Division DuplexingTDMA) Implementa comunicação half-duplex A comunicação entre estações (primárias e secundárias) se dá por intermédio de time- slots Duração de 625 µs (mesmo tempo de permanência) Estações secundárias não podem se comunicar entre si
  143. 143. Camada Banda Base Comunicação com Único Secundário O primário utilizará os slots pares (0, 2, 4,...) O secundário usará os slots ímpares (1, 3, 5,...) Muito usado atualmente em sistemas wireless ponto-a-ponto.
  144. 144. Camada Banda Base Comunicação com Vários Secundários Utiliza a técnica de polling Muito usado em sistemas wireless multi-ponto
  145. 145. Camada Banda BaseDois tipos de enlaces podem ser criados entre um primário esecundário • SCO (Synchrounous Connection-Oriented): latência é mais importante do que a confiabilidade. Um link físico é criado e são reservados slots específicos para comunicação. Não há retransmissão de dados com erro. • ACL (Asynchrounous Connetionless Link): integridade é mais importante que latência. Se os dados são corrompidos, são retransmitidos. Estação escrava só transmite se o slot endereçado anteriormente era o dele. Um link ACL pode ocupar 1, 3 ou 5 timeslots, podendo a taxa de transmissão chegar a 721 Kbps.
  146. 146. Formato do Frame•Código de Acesso (Access Code): bits de sincronização e ID do Mestre para indicar frames de diferentes piconets.•Cabeçalho (Header): conjunto de 18 bits repetido 3 vezes, totalizando 54 bits. •Endereço (address): permite 7 dispositivos ativos. Endereço 000 representa broadcast. •Tipo (Type): tipo de informação que vem da camada 2. •F: bit de controle de Fluxo. Quando em 1 significa que o dispositivo está desabilitado a receber mais frames. •A: confirmação (ACK). Utiliza mecanismo stop-and-wait. Um bit é suficiente para o contador de ACK. •S: Informa o número de seqüência do frame. Um bit é suficiente. •HEC: checksum de detecção de erro nos 18 bits do cabeçalho / CRC para payload.
  147. 147. Camada L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol Faz a troca de dados nos links ACL Canais SCO não usam o L2CAP Tamanho – parte de dados oriundos das camadas superiores ID do canal – identifica univocamente o canal virtual criado nesse nível (serviço de multiplexação)
  148. 148. Serviços L2CAPMultiplexação Distingue vários protocolos usuários na camada superior, criando circuitos virtuais entre os dispositivosSegmentação e reagrupamento Os pacotes das aplicações de até 65.535 bytes são quebrados em pacotes de até 339 bytes e reagrupados no destino pela camada L2CAPQoS O Bluetooth pode definir níveis diferentes de QoS por circuíto virtual e tratar os pacotes de maneira diferenciadaGerenciamento de Grupo O L2CAP permite a definição de endereços lógicos de maneira similar ao multicast do IP
  149. 149. UWB (ULTRA-WIDEBAND)Prof. Dr. Fernando Almeida

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