Comunicação sem fios

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Questões básicas e gerais sobre comunicação sem fios.

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Comunicação sem fios

  1. 1. UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA Discente: Onésimo Santos Pereira 5º Ano de Electrónica de Telecomunicações Nº 83400 DOCENTE Dr. Serghei Psar
  2. 2. • Sumário. Introdução prática á rádio-física 1.1 Definição e conceitos gerais. 1.2 Espectro electromagnético. 1.3 Largura de Banda 1.4 Mecanismos de propagação 1.6 Comportamentos das ondas de rádio 2. Modos de propagação. 3. Antenas. 4. Tecnologias 5. Surgimento do Wireless 4.1. Definição 4.2. Características 4.3. Equipamentos wireless 4.4. Classificação das redes 6. Funcionamento de uma rede wireless 7. Protocolos de segurança e Padróes 9. Problemas das comunicações sem fio 10.CONCLUSÃO 11.BIBLIOGRAFIA 2
  3. 3. Uma introdução prática à rádio- física  O que é uma onda? Uma onda possui uma certa velocidade, freqüência e comprimento de onda. 3
  4. 4.  Forças eletromagnéticas A força elétrica é a força que existe entre cargas elétricas. A força magnética é a que se cria pelo movimento das cargas elétricas.  Polarização A polarização descreve a direção do vetor do campo elétrico.  Campo elétrico e campo magnético complementar que compõem uma onda eletromagnética. . 4
  5. 5. Espectro eletromagnético 5
  6. 6. Largura de banda Um termo que você encontrará com freqüência em rádio- física é largura de banda (bandwidth). A largura de banda é simplesmente a medida da variação de freqüência. Se uma variação entre 2,40 GHz e 2,48 GHz é usada por um dispositivo, então a largura de banda será de 0,08 GHz (ou mais comumente descrita como 80 MHz). 6
  7. 7. Comportamento das ondas de rádio Há uma série de regras básicas e simples que têm se provado extremamente úteis no planejamento inicial de uma rede sem fio:  Quanto maior o comprimento de onda, maior é o alcance.  Quanto maior o comprimento de onda, maior a facilidade com que ela atravessa e contorna as coisas.  Quanto menor o comprimento de onda, mais dados ela pode transmitir. 7
  8. 8. Modos de propagação Sinal irradiado pode se propagar de três formas  Acima do solo (ground wave)  Segue o contorno da terra  Pode-se propagar por distâncias consideráveis  Frequências até 3 MHz  Ondas sofrem difração na terra  Ondas são espalhadas pela atmosfera  Não penetram na atmosfera mais alta Ex.: Rádio AM 8
  9. 9.  Através de visada direta  Antenas devem estar alinhadas  Comunicação via satélite – sinais de 30 MHz não são refletidos na ionosfera 9
  10. 10.  No céu (sky wave)  Sinal é reflectido na ionosfera.  Pode-se propagar por distâncias consideráveis através de saltos entre a terra e a ionosfera  Frequências de 3 MHz a 3 GHz Ex.: Rádio-amador 10
  11. 11. Antenas Antena é um condutor elétrico ou um sistema de condutores necessário para a transmissão e a recepção de sinais através do ar.  Na transmissão  Antena converte energia elétrica em energia eletromagnética  Antena irradia essa energia no ar.  Na recepção  Antena capta energia das ondas eletromagnética do ar  Antena converte essa energia em energia elétrica. 11
  12. 12. Uma única antena pode ser usada para transmissão e recepção.  Antena irradia potência em todas as direções  Mas não apresenta o mesmo desempenho em todas as direções  Em geral, quanto maior a frequência, mais direcional é o feixe gerado pela antena. Antenas podem ser:  Omnidirecionais  Direcionais 12
  13. 13. Banda Faixa de Frequência Comprimento de onda(espaço livre) Caracteristicas de propagação uso Freq. Extrem. baixas 30 á 300 Hz 10000 á 1000 km GW Controle de sist. domésticos Frequência de voz 300 á 3000 Hz 1000 á 100 Km GW Sist. Telef. Linhas analógicas Freq.muito baixas 3 á 30 KHz 100 á 10 Km GW Comunicação submarina Baixa freq. 30 á 300 KHz 10 á 1 Km GW Médias freq. 300 á 3000 KHz 1000 á 100 m GW AM broadcasting Altas freq. 3 á 30 MHz 100 á 10 m SW Internacio. Broadcast e com. naval Freq. Muito altas 30 á 300 MHz 10 á 1 m Linha de sinal óptico- LOS Televisão VHF Freq, ultra altas 300 á 3000 MHz 100 á 10 cm LOS Telev. UHF, radar Freq. Super altas 3 á 30 GHz 10 á 1 cm LOS Comun.satélite,microon da, wifi Freq. Extremamente altas 30 á 300 GHz 10 á 1 mm LOS wireless Infravermelho 300 GHz á 400 THz 1 mm á 770 nm LOS infravermelho Luz visível 400 á 900 THz 770 nm á 330 nm LOS Comun. óptica 13
  14. 14. Tecnologias  IrDA (Infrared Data Association), comunicação infravermelho,para pequenas distancias.  Bluetooth Bluetooth é uma tecnologia para a comunicação sem fio entre dispositivos eletrônicos a curtas distâncias.  GSM (Sistema Móvel Global) Para telefonia móvel digital. 14
  15. 15.  Wi-Fi (wireless fidelity) Foi uma marca licenciada originalmente pela Wi-Fi Alliance para descrever a tecnologia de redes sem fio embarcadas (WLAN) baseadas no padrão IEEE 802.11. O padrão Wi-Fi opera em faixas de freqüências que não necessitam de licença para instalação e/ou operação. Wi-Fi é uma rede sem fios que utiliza ondas de rádio de baixa freqüência para transmitir dados em alta velocidade em áreas limitadas, cobrindo no máximo um raio de 100 metros ou pouco mais. 15
  16. 16. WIMAX WiMax-Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidade mundial para acesso de microondas). O nome é a ""máscara"" da definiçăo técnica da norma 802.16a, um novo padrăo sem fio que foi aprovado em janeiro do ano passado no WiMax Forum, que reuniu mais de 60 companhias do setor. A nova tecnologia WiMax propőe velocidades mais altas (até 124 Mbps) e - o mais importante - cada antena deste sistema amplia seu raio de açăo dos 150 metros citados para... 70 quilômetros.Quando a WiMax estiver em pleno desenvolvimento, a promessa é de que o custo de instalaçăo das antenas e equipamentos seja mais baixo do que o do atual Wi-Fi. 16
  17. 17. Especificações técnicas da Wimax  Grande largura de banda: uma estaçăo-base pode permitir simultaneamente o acesso de mais de 60 empresas com conectividade do tipo T1/E1 ou centenas de residęncias com conexőes DSL.  Independência de protocolo: pode transportar IP, Ethernet, ATM e mais.  Serviços agregados: pode transmitir Voz sobre IP (VoIP), dados, vídeos, etc.  Compatibilidade: é compatível com as antenas de telefonia de terceira geraçăo (chamadas de ""antenas inteligentes"") que, graças a emissăo de feixe demarcado, apontam constantemente ao receptor, mesmo que em movimento. 17
  18. 18. O Surgimento do Wireless O Wireless surgiu a partir de uma necessidade militar, para transmitir informações via rádio sem que o inimigo interceptasse a mensagem ou interferisse na comunicação.A partir do trabalho iniciado na Segunda Guerra Mundial, surgiu um método de modulação muito sofisticado com as seguintes características:  Alta imunidade a ruídos.  Baixa interferência em outros sistemas.  Difícil de ser interceptado ou monitorado. 18
  19. 19. Definição Wireless O significado da palavra Wireless quer dizer "sem fio". Conceitualmente podemos definir Wireless como uma tecnologia que disponibiliza a transmissão de dados, som e imagens via ondas de rádio em freqüências superiores a 800 MHz (microondas). 19
  20. 20. Características  Elevada atenuação do meio físico A potência das ondas de rádio tem um gradiente de atenuação proporcional a 1/r3, valor bastante elevado quando comparado com um meio de transmissão como fios de cobre. Isto limita o alcance de um transmissor. Por outro lado evita a interferência entre transmissores operando na mesma faixa de frequências.  Elevada taxas de erros A taxa de erros média em um canal de comunicação com fios é melhor que 10−6 . Em canais wireless, como a telefonia celular, a taxa de erros é de 10−3 . Esta taxa elevada exige que dispositivos de comunicação wireless possuam sistemas de deteção e correção de erros. 20
  21. 21.  Baixa velocidade Devido a escassez do recurso que é o espectro de frequências, as regiões reservadas para o uso em comunicação de dados são limitadas em largura de faixa.  Mobilidade O fato de não existirem fios ligando os dispositivos de comunicação permite que estes ofereçam mobilidade. Para explorar esta vantagem torna-se vital o baixo consumo nos transmissores/receptores para que estes possam ser alimentados com baterias pequenas. Uma dificuldade decorrente desta característica é a necessidade de monitorar a localização do dispositivo de comunicação dentro das áreas de cobertura do sistema de comunicação, para que se possa contactá-lo onde ele estiver. 21
  22. 22. Equipamentos Wireless 22
  23. 23. Classificação das redes sem fios  WPAN Wireless Personal Area Network ou rede pessoal sem fio, redes com cobertura sem fio limitada entre 10 e 20 metros, como é o caso da Bluetooth.  WLAN Wireless Local Area Network. WLAN já é muito importante como opção de conexão em muitas áreas de negócio. Inicialmente os WLANs assim distante do público em geral foi instalado nas universidades, nos aeroportos, e em outros lugares públicos principais.  WWAN Wireless Wide Area Network. É a rede geograficamente infinita via comunicação sem fio, hoje encontramos diversas empresas que comercializam a internet sem fio. 23
  24. 24.  Hotspot. Um hotspot é um ponto de acesso sem fio onde os usuários podem conectar a uma rede ou à Internet. Eles são encontrados em diversos locais públicos de graça ou mediante o pagamento de uma taxa, contanto que os dispositivos dos usuários (laptops, PDAs) possuam chipsets Wi-Fi.  Roaming É um termo empregado em telefonia móvel mas também aplicável a outras tecnologias de rede sem fio. Designa a habilidade de um usuário de uma rede obter conectividade em áreas fora da localidade geográfica onde está registrado, ou seja, obtendo conectividade através de uma outra rede onde é visitante 24
  25. 25. Protocolos de Segurança das redes sem fio e Padrões  WEP (Wired Equivalent Privacy-Privacidade Equivalente a Fio) Foi introduzido na tentativa de dar segurança durante o processo de autenticação, proteção e confiabilidade na comunicação entre os dispositivos Wireless, porém é inseguro devido a sua arquitetura.  WPA (Wi-Fi Protected Access) Também chamado de WEP2, ou TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), surgiu de um esforço conjunto de membros da Wi-Fi Aliança e de membros do IEEE, empenhados em aumentar o nível de segurança das redes sem fio ainda no ano de 2003, combatendo algumas das vulnerabilidades do WEP. 25
  26. 26.  Alguns usuários podem também usar uma rede virtual particular (VPN) ou um Firewall para evitar acesso não autorizado.  Os administradores também podem usar um "filtro de endereço de controle de acesso de mídia" (MAC) para certificar-se de que os usuários estão autorizados a conectar. As redes de segurança pública podem também usar sistemas de detecção de invasão para melhorar a segurança. 26
  27. 27. Padrões  802.11a Chega a alcançar velocidades de 54 Mbps dentro dos padrões da IEEE e de 72 a 108 Mbps por fabricantes não padronizados. Esta rede opera na freqüência de 5 GHz e inicialmente suporta 64 utilizadores por Ponto de Acesso (PA). As suas principais vantagens são:  velocidade.  gratuidade da freqüência que é usada.  ausência de interferências. 27
  28. 28.  A maior desvantagem é a Incompatilibidade com os padrões no que diz respeito a Access Points 802.11 b e g. Quanto a clientes, o padrão 802.11a é compatível tanto com 802.11b e 802.11g na maioria dos casos, já se tornando padrão na fabricação dos equipamentos. 28
  29. 29.  802.11b  Alcança uma velocidade de 11 Mbps padronizada pelo IEEE e uma velocidade de 22 Mbps, oferecida por alguns fabricantes não padronizados. Opera na freqüência de 2.4 GHz. Inicialmente suporta 32 utilizadores por ponto de acesso.  Um ponto negativo neste padrão é a alta interferência tanto na transmissão como na recepção de sinais, porque funcionam a 2,4 GHz equivalentes aos telefones móveis, fornos microondas e dispositivos Bluetooth.  O aspecto positivo é o baixo preço dos seus dispositivos, a largura de banda gratuita bem como a disponibilidade gratuita em todo mundo. O 802.11b é amplamente utilizado por provedores de internet sem fio. 29
  30. 30.  802.11g  Baseia-se na compatibilidade com os dispositivos 802.11b e oferece uma velocidade de 54 Mbps. Funciona dentro da frequência de 2,4 GHz. Tem os mesmos inconvenientes do padrão 802.11b (incompatibilidades com dispositivos de diferentes fabricantes).  As vantagens também são as velocidades.  Usa autenticação WEP estática. Torna-se por vezes difícil de configurar, como Home Gateway devido à sua freqüência de rádio e outros sinais. 30
  31. 31.  802.11n Tem uma largura de banda até aos 300 Mbps. Alcance de 70 metros. Frequências de operação 2,4GHz e 5GHz, e utiliza várias antenas para transferência de dados de um local para outro.  Os principais benefícios desta tecnologia são o aumento significativo da largura de banda e o alcance que permite. 31
  32. 32. Diagrama de Funcionamento da comunicação sem fio Imagem Som Dados 32 AF r oscil.
  33. 33. Funcionamento de Redes Wireless 33
  34. 34. Problemas de transmissão sem fio  Atenuação  Perda no espaço livre  Ruídos  Desvanecimento  Absorção atmosférica 34
  35. 35. Algumas aplicações wireless  Webcast  WHDI - ( Interface Digital Doméstica sem fio)  Máquinas fotocopiadoras 35
  36. 36. Como funciona o webcast 1. Várias câmeras de vídeo gravam o programa. 2. As imagens são enviadas a um aparelho seletor e a melhor imagem é escolhida. 3. O sinal de vídeo escolhido é então enviado a um computador no centro de controle. 4. São criadas versões de vídeo de baixa, média e alta resolução do programa ao vivo. 36
  37. 37. 5. O vídeo é dividido em segmentos de dez segundos. 6. Os segmentos são transmitidos pela internet com a ajuda de vários servidores. 7. Um dispositivo eletrônico em cada local de reunião baixa os segmentos do servidor, carregando o vídeo numa área de armazenamento temporário (buffer). Então o dispositivo junta os segmentos baixados para produzir um vídeo que pode ser tocado sem interrupções. 8. A assistência consegue ver e ouvir o programa. 37
  38. 38. Conclusão  Wireless-“sem fio” uma tecnologia que disponibiliza a transmissão de dados, som e imagens via ondas de rádio em freqüências superiores a 800 MHz (microondas)  A tecnologia Wireless apresenta grande capacidade de crescimento no mercado mundial. A tecnologia traz uma proposta de comunicação rápida, segura e de fácil acesso, fazendo com que o usuário esteja on- line o tempo todo em qualquer lugar.  Características:Mobilidade, Elevada taxa de erros,Baixa velocidade,Espectro regulamentado,etc.  Em função da área geográfica que se pretende alcançar,podemos classificar as redes wireless em três tipos: Wpan (rede pessoal), Wlan (rede local sem fio),Wwan (rede mundial). 38
  39. 39.  Ao se projectar uma rede de comunicação sem fio é importante ter em conta a segurança,e para este efeito foram criados alguns protocolos de segurança tais como: WEP (Wired Equivalent Privacy-Privacidade Equivalente a Fio). WPA (Wi-Fi Protected Access). VPN (Rede virtual particular).  Os padrões actualmenta mais usados são: 802.11a , 802.11g, 802.11b, 802.11n.  Consideramos alguns problemas nas comunicações sem fio,como: Atenuação,Perda no espaço livre, Ruídos, Desvanecimento, Absorção atmosférica.  A conexăo via satélite é a possibilidade de atender a grandes distâncias e dispensar infra-estrutura terrestre de telecomunicaçőes. 39
  40. 40. Agradecimentos Ao soberano universal, aos meus parentes, ao doutor Psar pela paciência em nos transmitir uma certa medida de responsabilidade acadêmica e bagagem intelectual,e a todos camaradas desta turma. 40
  41. 41. Bibliografia  Material fornecido pelo doutor Psar.  Google.com  GONÇALVES, JOSE: LASCAS RICARDO. Bluetooth ISDN base Station,(2) Instituto de  Novas Tecnologias, Lisboa, Portugal: disponível em: www.inov.pe; e  http://www.bluetooth.com; Acesso em: 20 de Agosto de 2003.  UWB, ORG. Agencia Reguladora para o desenvolvimento da Ultra Wideband Technology.(3)  Disponível em: www.uwb.org Acesso em 20 de Agosto 2003.  MANZONI, RALPHE JR, 2003. Instituto De Pesquisas The Yankee Group.(4) Disponível  em: www.businessstandard.com.br Acesso em 15 de Julho 2003.  IDC, INTERNATIONAL DATA CORPORATION, 2003, In Telecom Negócios, Telecom  Web, (5), IT Mídia Editora: São Paulo, 2003. Disponível em: www.wirelessbr.com.br; e  www.telecomweb.com.br . Acesso em 15 de Julho de 2003. 41

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