Wi-Fi e WiMAX I: As Tecnologias de Rede Sem Fio Esta

Wi-Fi e WiMAX I: As Tecnologias de Rede Sem Fio
Esta série de tutoriais apresenta um estudo de algumas das tecnologias de transmissão de dados através de
sistemas de comunicação sem fio, wireless, utilizadas em redes. Nos sistemas wireless atuais observa-se uma
alta qualidade de transmissão de dados aliada a comunicação através de distâncias cada vez maiores.
Dentre essas tecnologias, o WiFi (Padrão IEEE 802.11) e o WiMax (Padrão IEEE 802.16) se destacam,
apresentando características que são comparadas no decorrer deste trabalho, mostrando como elas coexistem
e complementam-se de modo a prover soluções integradas para o acesso às redes de comunicação.
Este tutorial parte I apresenta o padrão WiFi, definido pela recomendação IEEE 802.11, descrevendo
inicialmente os conceitos de redes e a seguir as características principais da tecnologia WiFi.
Esta série de tutoriais foi desenvolvida a partir do Trabalho de Graduação Interdisciplinar “Comparações
entre as Tecnologias WiFi e WiMax: Um Breve Estudo Exploratório” elaborado pelo Anderson e pelo
Bruno, para ser apresentado à Faculdade de Computação e Informática, da Universidade Presbiteriana
Mackenzie, como exigência parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação.
Anderson Porto da Silva
Bacharel em Sistemas de Informação pela Universidade Presbiteriana Mackenzie.
Atuou como Programador ASP e Javascript na Aborígine S.A., exercendo atividades de desenvolvimento de
páginas interativas, com comunicação bancária.
Email: [email protected]
Bruno Tarouco Álvares Soares
1
Bacharel em Sistemas de Informação pela Universidade Presbiteriana Mackenzie (2008) e Técnico em
Informática pelo Serviço Nacional de Aprendizagem Comercial (SENAC, 2005).
Atuou como Técnico de Informática na CODY Informática, exercendo atividades de instalação de hardware
e software em computadores e redes nos ambientes Windows e Linux e como Estagiário no Banco ABN
AMRO Real AS, exercendo atividades de consolidação e auditorias de dados em aplicativos do tipo banco
de dados e planilhas. Atuou também como Técnico de Telecomunicações Junior na Ericsson Serviços de
Telecomunicações LTDA, exercendo atividades de operação e análise de problemas de sistemas de
telecomunicações.
Atualmente trabalha como Solution Integrator Junior na Ericsson Serviços de Telecomunicações LTDA,
exercendo atividades de implantação e integração de sistemas de telecomunicações.
Email: [email protected]
Categorias: Banda Larga, Redes de Dados Wireless
Nível: Introdutório
Enfoque: Técnico
Duração: 20 minutos
Publicado em: 13/04/2009
2
Wi-Fi e WiMAX I: Introdução
Nos últimos anos, as redes de computadores tem se popularizado. Há basicamente dois tipos de redes: redes
com fio, utilizando meios físicos de comunicação (cabos) e redes sem fio que utilizam o ar como meio de
comunicação, onde trafegam sinais de rádio-freqüência e a transmissão e recepção ocorre através de
antenas, sistema Wireless.
Entre os possíveis sistemas de comunicação para redes wireless pode-se destacar o sistema WiFi (Wireless
Fidelity), e o sistema WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access).
Com a popularização recente da tecnologia WiFi nas redes locais, os usuários finais tem acesso a conexão de
a banda larga, visto que, o sistema permite que dispositivos se conectem à rede local (LAN – Local Area
Network) e à Internet a velocidades de até 54 Mbit/s (banda larga), livres de cabos e com portabilidade,
porém sem mobilidade plena, ainda que restrita a 100 metros de cada ponto de acesso.
O WiMax, por sua vez, integra infra-estruturas de redes que vão desde as redes de área local sem fio (LAN)
até as redes metropolitanas (MAN – Metropolitan Area Network), estas sendo seu principal foco. Embora o
WiMax não proporcione um novo mercado, o sistema permite a utilização da tecnologia wireless associada a
redução de custos quando comparada com soluções já existentes, possibilitando o crescimento desse tipo de
mercado. Os custos são menores com o WiMax, pois o seu alcance (pode-se atingir até 50 km da antena de
acesso) é muito superior quando comparado ao seu antecessor o WiFi.
O presente trabalho de pesquisa exploratória apresenta uma descrição de duas empresas que já utilizam o
sistema de transmissão WiMax em cenários diferentes e também será visto um estudo feito na universidade
Pontifica em Campinas. Uma dessas empresas migrou de uma rede padrão (cabeada) para a rede sem fio,
WiMax. A segunda empresa estudada migrou do WiFi para o WiMax, porém a solução adotada foi uma
integração entre os dois sistemas de transmissão de dados sem fio. Já a universidade, implementou em um
cenário parecido com o segundo caso que será estudado, em um processo de integração das duas tecnologias,
WiMax e WiFi.
Objetivo
Tecnologias de comunicação quando utilizam meios físicos de comunicação como pares telefônicos, fibraótica, ADSL e cable-modem estão disponíveis para construção de redes, porém, sua utilização não permite
suprir acesso com mobilidade. Essa é a motivação para a pesquisa de tecnologias alternativas de baixo custo
que tenham potencial para atender esse tipo de demanda conhecida como comunicação wireless.
As tecnologias atuais para a implantação de redes locais sem fio (Wireless Local Area Networks - WLANs)
permitem a operação desse tipo de sistema em taxas de transmissão de dados relativamente altas quando
comparadas às outras redes sem fio, como por exemplo, Bluetooth. Essas altas taxas de transmissão têm
interessado até operadoras de redes celulares, as quais começam a ver as redes IEEE 802.11 como um
complemento às suas redes de acesso. Atualmente, a pesquisa de soluções de comunicação de baixo custo
para redes de computadores é um dos tópicos mais importantes na área de telecomunicações.
O objetivo deste trabalho é estudar redes de comunicação sem fio, especificamente os sistemas WiFi e
WiMax, observando sua operação, apresentando ainda uma avaliação de desempenho desse tipo de sistema
wireless através da pesquisa exploratória onde são apresentados alguns parâmetros de desempenho e a
avaliação de sistemas práticos em funcionamento.
3
Justificativa do Estudo
O interesse pelo tema baseia-se na sua atualidade e na possibilidade de afetar o cotidiano das pessoas, que
possuem acesso à Internet rompendo as fronteiras territoriais e culturais, não limitando o acesso a países
subdesenvolvidos ou cidades distantes de grandes metrópoles, além de trazer novas oportunidades de
trabalho na área tecnológica.
O tema WiMax representa a capacidade de conectar grandes áreas geográficas sem a necessidade de
investimentos em infra-estrutura de alto custo, mobilidade e acesso a banda larga para um grande número de
usuários, além de apresentar promessas para permitir a inclusão digital em todo mundo, principalmente nos
países e nas áreas subdesenvolvidas.
Metodologia adotada
A metodologia adotada na formulação deste estudo é apoiada em pesquisas realizadas em artigos e livros
técnicos, que abrangem o assunto de WiMax, utilizando essas informações técnicas e teóricas como base
para a realização do trabalho, além de pesquisas realizada nas empresas Casas Bahia Comercial Ltda e Diveo
Broadband Networks Inc, auxiliando na elaboração da Pesquisa Exploratória.
Estrutura do Estudo
Este tutorial parte I apresenta o padrão WiFi, definido pela recomendação IEEE 802.11, descrevendo
inicialmente os conceitos de redes e a seguir as características principais da tecnologia WiFi.
O tutorial parte II apresentará o padrão Wimax, definido pela recomendação IEEE 802.16, descrevendo os
conceitos e as características principais da tecnologia, as recomendações desenvolvidas pelo IEEE e noções
de propagação e segurança.
O tutorial parte III apresentará as diferenças existentes entre as tecnologias WiFI e WiMax , e a seguir a
pesquisa exploratória de aplicações práticas dessas tecnologias, composta por uma descrição dos principais
parâmetros relacionados ao projeto de um sistema de rede wireless, incluindo ainda valores empíricos
obtidos através de pesquisa junto a empresas que já utilizam esse tipo de solução.
4
Wi-Fi e WiMAX I: Conceitos de Redes
Uma rede de computadores é formada por um ou mais computadores conectados um ao outro por um meio
de transmissão, sendo capaz de trocar informações e compartilhar recursos (TANENBAUM, 2003). As redes
de computadores são constituídas por um grupo de módulos processadores (MP’s), onde qualquer dispositivo
é capaz de notificar através do sistema de comunicação por troca de dados. O sistema de comunicação é
constituído de um arranjo topológico interligando vários módulos processadores através de enlace físico
(Meios de Transmissão) e de um conjunto de regras para organizar a comunicação baseada em protocolos.
O velho modelo de um único computador atendendo a todas as necessidades computacionais da organização
foi substituído pelas chamadas redes de computadores, nas quais os trabalhos são realizados por um grande
número de computadores separados, mas interconectados (TANENBAUM 2003).
O surgimento das redes permitiu a redução de custo em empresas, devido ao compartilhamento de recursos
caros (Disco rígido, impressoras), facilitou o compartilhamento de informações além de aumentar a
eficiência ao utilizar um computador. Nos próximos itens, serão mostradas outras informações sobre o seu
funcionamento e seus componentes.
Protocolo TCP/IP
O TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) é a junção de dois protocolos, que através de
um conjunto de regras para comunicação eficiente entre dois ou mais computadores, permite a troca de
dados pela rede de forma segura. Possui quatro camadas (figura 1) que gerenciam desde a parte física da
placa até o protocolo de aplicação, ou seja, é um conjunto de protocolos que são responsáveis pelo
funcionamento da rede mundial.
Figura 1: Protocolo TCP/IP – Camadas.
Camada de aplicação
Na camada de aplicação, ao contrário do modelo OSI (Open System Interconnection), não existe um padrão
exato para determinar a estrutura de uma aplicação, deste modo cada aplicação possui seu próprio padrão,
correspondente a um RFC (Request For Comments).
O RFC é um mecanismo criado para suportar aplicações distribuídas baseadas em um modelo clienteservidor. A aplicação cliente faz uma chamada de procedimento remoto onde o RPC, de forma automática,
obtém os valores dos argumentos da chamada, monta a mensagem correspondente, a envia ao servidor e
aguarda a resposta, armazenando os valores retornados nos argumentos definidos na chamada (MANSUR
2008).
5
Deste modo, o RFC é semelhante às chamadas de funções locais encontradas em aplicações, contudo, essas
funções são executadas remotamente.
Camada de transporte
A camada de transporte tem a finalidade de fornecer uma comunicação segura entre dois processos, estando
em uma mesma rede ou não, garantindo a entrega dos dados sem que haja erros em seqüência ou duplicação.
Nesta camada são especificados dois tipos de protocolos, o UDP (User Datagram Protocol) que não é
orientado a conexão e não oferece garantia na entrega dos dados ao destinatário e o TCP (Transmission
Control Protocol) que possui uma confiabilidade na transferência de seus dados, por possuir um mecanismo
de recuperação de dados perdidos, fora de seqüência ou danificados. (MANSUR 2008).
Camada de Internet
A camada de Internet é semelhante à camada de rede do modelo OSI, onde são especificados vários
protocolos, como o IP (Internet Protocol). O IP tem como função, transferir do host origem ao host destino
blocos de dados denominados datagramas, rotear, fragmentar e renomear datagramas IP e passar dados da
camada de interface com a rede à camada de transporte.
A operação no modo datagrama é uma comunicação não confiável, não sendo usado nenhum
reconhecimento fim-a-fim ou entre nós intermediários, nem qualquer tipo de controle de fluxo. Nenhum
mecanismo de controle de erro de dados é utilizado, apenas um controle de verificação do cabeçalho, para
garantir que os gateways encaminhem as mensagens corretamente (Mansur 2008).
Camada de Interface com a Rede
A Camada de interface com a rede, segundo o modelo TCP/IP, compreende as funções das camadas Físicas
(Physical) e Enlace de dados (Data Link) do modelo OSI, sendo elas envio dos dados para o meio de
transmissão de forma segura e garantida fim-a-fim. Nesta camada, não existe um padrão para a sub-rede de
acesso, permitindo a conexão de qualquer tipo de rede como Ethernet, Token Ring, FDDI (Fiber
Distributed Data Interface - Interface de Dados Distribuídos na Fibra), X.25, Frame Relay e ATM
(Assynchronous Transfer Mode - Modo de Transferência Assíncrona).
As principais funções da camada de acesso à rede são: o encapsulamento de datagramas IP em frames para
transmissão e a tradução de endereços IP em endereços físicos de rede. Estas duas funções apresentam
implementações específicas para cada tipo de rede. (SPECIALSKI 2000, p. 41).
DNS – Domain Name System
O DNS é um recurso utilizado em redes TCP/IP, que mascara o endereço IP do site e traduz o nome do
domínio em um endereço IP, isso facilita a memorização de sites, permitindo que o usuário acesse a internet
sem precisar memorizar endereço IP do site que deseja.
A informação do domínio de cada site é armazenada em um conjunto de banco de dados em servidores de
diversas partes do mundo, que são utilizados para a consulta do IP de cada domínio e se o servidor
consultado não tiver a informação solicitada, ele se comunica com outros servidores que possam ter essa
6
informação.
Na figura 2, é demonstrada a hierarquia de domínios e seus sub-domínios.
Figura 2: Sistema DNS.
Fonte: GONÇALVES, 2008.
Modelo OSI
O Modelo OSI (Open System Interconnection) foi desenvolvido pela instituição ISO (International
Organization for Standardization), responsável por definir um padrão de conexão para os computadores.
Para promover a padronização e obter interconectividade entre máquinas de diferentes sistemas
operacionais, a Organização Internacional de Padronização a ISO (International Organization for
Standardization) aprovou, no início dos anos 80, um modelo de referência para aceitar a comunicação entre
máquinas heterogêneas, denominado OSI. Esse modelo serve de base para qualquer tipo de rede, seja de
curta, média ou de longa distância.
Este modelo é dividido em camadas hierárquicas. São sete camadas ao todo (Tabela 01), e a hierarquia é
respeitada de forma que cada camada utiliza as funções da própria camada ou da camada anterior para
tornar o processo de transporte de informação transparente para o usuário.
7
Tabela 1: As sete camadas do modelo OSI.
Camada
(Layer)
Função
7
Aplicação
(Application)
Camada que fornece aos usuários acesso ao ambiente OSI e
provê sistemas distribuídos de informação.
6
Apresentação Camada responsável por prover independência aos processos de
(Presentation) aplicação das diferenças na representação dos dados.
Camada que provê a estrutura de controle para a comunicação
entre as aplicações. Estabelece, gerencia e termina conexões
(sessões) entre aplicações.
5
Sessão
(Session)
4
Transporte
(Transport)
3
Rede
(Network)
2
Enlace de
dados
(Data Link)
Camada responsável pela transmissão confiável de informação
através do enlace físico. Envia blocos de dados (frames) com o
necessário controle de erro e de fluxo.
1
Física
(Physical)
Camada responsável pela transmissão de uma seqüência de bits
em um meio físico. Trata das características mecânicas, elétricas,
funcionais e procedurais para acessar o meio físico.
Camada responsável pela transferência de dados entre dois
pontos de forma transparente e confiável com funções como
controle de fluxo e correção de erro fim a fim.
Camada que fornece para as camadas superiores independência
das tecnologias de transmissão e comutação usadas para conectar
os sistemas. Responsável por estabelecer, manter e terminar
conexões.
Fonte: TELECO, 2008.
Durante o seu projeto de criação, o padrão IEEE 802.16d foi desenvolvido para aceitar qualquer tipo de
topologia, ponto a ponto, multi ponto ou Mesh. Com isso, no momento da implantação de uma rede WiMax,
tornou-se algo extremamente importante a definição da topologia utilizada, pois pode modificar toda a forma
de envio de transmissão de dados.
Na figura 3 é demonstrada uma comparação entre a Modelo TCP/IP e o Modelo OSI.
8
Figura 3: Camadas do Modelo TCP/IP em comparação com o Modelo OSI.
Fonte: SPECIALSKI, 2000.
Topologias de Rede
Topologia de rede refere-se ao meio de conexão dos dispositivos de rede e as formas como os enlaces físicos
e os nós de uma comutação estão organizados. Alguns tipos de topologia de rede serão mostrados nos
próximos itens.
Ponto a Ponto
Na topologia ponto a ponto são utilizadas duas antenas de rádio interligando dois pontos. Atende
isoladamente a um único usuário interligado, por exemplo, a matriz e a filial de uma empresa. Essa topologia
é normalmente de alta capacidade e velocidade, requer linha de visada direta, conectividade de Backbone
("espinha dorsal", é uma rede principal por onde passam os dados dos clientes da internet) e Backhaul.
(OLIVEIRA 2004).
A figura 4 ilustra uma rede ponto a ponto em funcionamento.
Figura 4: Topologia ponto a ponto.
Ponto Multiponto
Na topologia Ponto Multiponto, a rede permite o alcance de vários assinantes, limitando o número de
9
roteadores, switches e outros equipamentos que são necessários para o funcionamento de uma rede cabeada.
Nessa topologia, vários usuários são atendidos simultaneamente a partir de um ponto base que é posicionado
estrategicamente. A figura 5 ilustra uma rede multiponto em funcionamento.
Figura 5: Topologia multiponto.
São formadas células que podem utilizar antenas do tipo onidirecional (360º) ou setorial. O ângulo de
abrangência da antena setorial pode ser de 30º, 60º, 90º ou 120º dependendo da área de cobertura. Estas
células podem ser configuradas para trabalhar com várias antenas posicionadas seqüencialmente
formando-se setores consecutivos proporcionando uma grande área de cobertura do sinal. (OLIVEIRA
2004).
Mesh
Topologia Mesh apesar de semelhante em alguns aspectos mostra um grande diferencial, em relação à
topologia multiponto. Enquanto o tráfego ocorre entre a estação base e os assinantes e vice-versa, na
topologia Mesh o tráfego pode ser distribuído por outros assinantes. (OLIVEIRA 2004).
10
A figura 6 ilustra bem o funcionamento dessa rede.
Figura 6: Topologia mesh.
Com esta grande capacidade de comunicação entre os próprios assinantes, são criadas rotas alternativas
evitando assim o congestionamento durante a troca de dados, tornando o desempenho muito superior em
relação a outras topologias.
11
Wi-Fi e WiMAX I: Histórico
As redes passaram por um longo processo de evolução antes de chegar aos padrões utilizados atualmente. As
primeiras redes de computadores foram criadas ainda durante a década de 60, como uma forma de transferir
informações de um computador a outro. Eram utilizados cartões perfurados para o transporte externo de
dados que continham poucas dezenas de caracteres (figura 7). Apesar de ser um modo lento para a
transmissão de dados, este recurso era de grande utilidade na época.
Figura 7: Cartão utilizado para transmissão de dados na década de 60.
Fonte: OLIVEIRA, 2008.
Em 1969 foi criada a ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), desenvolvida pela
empresa ARPA (Advanced Research and Projects Agency) que mais tarde, originaria a Internet utilizada
atualmente. Em meados de 1969 com apenas 4 nós, denominados SRI (Stanford Research Institute), UCLA
(University of California at Los Angeles), UCSB (University of California, Santa Barbara) e UTAH
(University of Utah), localizados respectivamente, o Instituto de pesquisa de Stanford, na Universidade da
California, na Universidade de Santa Barbara e na Universidade de Utah, nos Estados Unidos da América.
Esta rede tinha sido criada com o propósito de efetuar alguns testes, contudo cresceu rapidamente,
interligando 30 instituições, dentre elas instituições militares, universidades e empresas de grande porte.
A empresa BBN Technologies entregou a Interface de Processamento de Mensagens (IMP – Interface
Message Processor) em um computador Honeywell DDP 516, que foi conectado em UCLA, tornando-se o
primeiro dos quatro locais a se conectarem na ARPANET. Alguns dias depois, após SRI adicionar um
segundo IMP, ocorreu a primeira comunicação entre dois computadores, com transmissões a 50 kbit/s
utilizando linhas telefônicas adaptadas para transmissão de dados (figura 8).
O computador da UCLA, que era um SDS Sigma 7(SDS – X7) operava com um sistema operacional
Sigma Experimental;
O do Stanford Research Institute era o computador SDS-940, que operava com o sistema operacional
Genie;
Um IBM 360/75 que rodava no sistema operacional OS/MVT (Multiprogramming with a Variable
number of Tasks) no centro de Matemática Interativa Culler-Fried da Universidade da Califórnia;
Um computador DEC PDP-10 com sistema operacional Tenex na Universidade de Utah (STRICKLAND
2008).
12
Figura 8: Mapa lógico da rede Arpanet em 1969.
A rede Arpanet era considerada tecnicamente confiável, já que as mensagens eram roteadas entre os nós e
problemas na transmissão eram rapidamente detectados, de modo que fossem roteadas utilizando outras
rotas para chegar ao seu destino sem problemas.
Em 1973, dentro do laboratório de desenvolvimento da XEROX, ocorreu o primeiro teste de transmissão de
dados utilizando o padrão Ethernet, através de cabos coaxiais, transmitia dados a 2.94 Mbit/s e permitia que
se efetuasse uma conexão de até 256 estações de trabalho. Na figura 9, é apresentada a primeira estação de
trabalho conectada em rede (Xerox Alto).
Figura 9: Xerox Alto 1973, primeira estação de trabalho conectada em rede.
Fonte: PC-WORLD, 2008.
No ano seguinte, em 1974 surgiu o protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
que viria a ser utilizado até os dias de hoje. O seu surgimento está relacionado ao grande crescimento da rede
ARPANET, de modo que seu protocolo de comutação de pacotes NCP (Network Control Protocol) veio a
se tornar inadequado para os níveis de dados que seriam transmitidos.
13
Com a criação da rede, o acesso às informações dos supercomputadores era disponibilizado a todos,
reduzindo os custos para as empresas e otimizando a sua utilização.
Em 1980, era difícil manter e distribuir uma lista de todos os Hosts (máquina ou computador) conectados,
deste modo foi criado o DNS (Domain Name System) que atribui nomes a domínios, ou seja, converte um
endereço de um site em endereço IP.
Com a popularização do acesso a internet em 1990 tornou-se evidente as vantagens de se oferecer uma rede
local para conectar seus computadores a internet, já que baratearia o custo além de permitir que outras
funcionalidades fossem utilizadas, como o compartilhamento de dispositivos como a impressora, por
exemplo.
Em 1999, através da união de empresas como a Nokia, Lucent Technologies, 3com e Symbol Technologies,
surgiu um grupo de pesquisas denominado WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), com a
intenção de desenvolver redes sem fio sem que essas mesmas empresas desenvolvessem suas tecnologias em
padrões diferentes. Em 2003 o nome desse grupo de pesquisas foi modificado para WiFi Alliance.
Através das especificações IEEE 802.11, que é semelhante a IEEE 802.3 conhecida pelo nome de Ethernet
e utilizada na maioria das redes com fio, a WECA começou a trabalhar através dela e desenvolver a
tecnologia WiFi, já que esse padrão opera por radio freqüência, desse modo não é necessária a criação de
protocolo específico para que ocorra a comunicação das redes sem fio.
Após o início do desenvolvimento para essa nova tecnologia, o grupo responsável pelo sistema WECA
contratou uma empresa especializada em marcas, a Interbrand, para a criação de um nome e um logotipo
para as redes sem fios. Deste modo, surgiu o nome WiFi que tem como base o termo “Wireless Fidelity”.
Apenas em 2003, a WECA decidiu renomear essa tecnologia para WiFi Alliance.
Em 2001, foi criado um consórcio sob a iniciativa da Intel e da Avarion, para que houvesse a convergência e
a interoperabilidade em dois padrões de redes que antes eram independentes: o 802.16 do IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers), dos EUA e o HiperMAN, proposto na Europa pelo ETSI (European
Telecommunications Standards Institute), assim surgindo o termo WiMax (Worldwide Interoperability for
Microwave Access).
14
Wi-Fi e WiMAX I: Características do Wi-Fi
Uma Wireless LAN (WLAN) é uma rede local sem fio padronizada pelo IEEE 802.11. É conhecida também
pelo nome de WiFi, abreviatura de ‘wireless fidelity’ (fidelidade sem fios) e marca registrada pertencente à
Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). (TELECO 2008).
O funcionamento desse tipo de rede é bem parecido com as redes cabeadas, utilizam o TCP/IP com
protocolo de transmissão e também possuem um conjunto de parâmetros adicionais.
A configuração da rede wireless é feita em duas etapas. Primeiro é preciso configurar o ESSID (Extended
Service Set ID) e o canal, e depois configurar a chave de acesso WEP (Wired Equivalent Privacy) ou WPA
(WiFi Protected Access).
Quando uma rede WiFi é configurada, é necessário criar o ESSID, que é um nome que é atribuído à rede, em
determinados locais que possuam diversas redes WiFi, deste modo ao se conectar a rede desejada não ocorre
uma troca de dados com a rede incorreta. Existe também o canal, que possui a mesma finalidade do ESSID.
Como o sinal de acesso é aberto, quem estiver no raio de alcance conseguirá acessar sem problemas a sua
rede. Por esse motivo, quando se configura uma rede com essa característica, deve-se utilizar o serviço de
criptografia de dados, deste modo, mesmo que outros usuários consigam captar o sinal, não conseguirão
conectar-se à rede sem a chave de decriptografia. Há três tipos de criptografia, o WEP de 64 bits, o WEP de
128 bits e o WPA.
O WEP é um método de criptografia que codifica o pacote de dados antes do mesmo ser enviado para a
rede. Durante o processo, uma chave fixa é utilizada, e a mesma deve estar configurada no ponto de acesso.
Essa chave de acesso é concatenada com um vetor de inicialização, que é utilizado para prolongar a vida útil
da chave informada, deste modo, caso haja algum problema durante a troca de dados o usuário será alertado.
O WPA é um ambiente de aplicação e uma pilha de protocolos que especificam e descrevem como a
comunicação é feita.
Padrões IEEE
O padrão IEEE surgiu em 1997, que veio para padronizar as conexões e regulamentar o uso de freqüências
para transmissão de dados. A sigla IEEE significa Institute of Electrical and Electronics Engineers. Esse
instituto instaurou um comitê para padronizar a conectividade sem fio em 1990, além de ser considerada a
maior organização profissional do mundo de engenheiros eletrotécnicos e eletrônicos.
Nos itens a seguir, são apresentados alguns dos principais padrões de WiFi utilizados atualmente.
Padrão 802.11b
Esse padrão foi o primeiro padrão para comunicação wireless utilizado em grande escala, e com ele foi
possível a comunicação e interação com dispositivos de diversos fabricantes.
Nas redes de padrão 802.11b, utiliza-se uma freqüência de banda de 2,4 GHz, permitindo assim a
transmissão de 11 Mbit/s a um alcance de 100 metros. Contudo essa velocidade pode ser alterada
dependendo do número de obstáculos presentes na transmissão. (LIMA 2008).
15
O distanciamento do ponto de acesso faz com que o sinal diminua até que se perca definitivamente e através
de alguns softwares específicos, é possível medir a qualidade do sinal.
Padrão 802.11b+
Esse padrão é uma evolução do padrão 802.11b. Com ele é possível se conectar a uma rede a 22 Mbit/s, o
dobro do tradicional 802.11b, porém para que isso seja efetivamente possível, as duas placas wireless devem
ser 802.11b+ e estarem bem próximas do ponto de acesso. Caso ocorra a mistura de dispositivos, como por
exemplo, 802.11b e 802.11b+, a velocidade de acesso será 11 Mbit/s respeitando assim o dispositivo mais
lento.
Padrão 802.11a
Apesar do nome, esse padrão começou a ser desenvolvido primeiro que o padrão 802.11b, porém ficou
pronto depois. Com ele é possível trabalhar a uma velocidade teórica de 54 Mbit/s e com uma freqüência de
5 GHZ. Também é capaz de compartilhar dados com os padrões 802.11b e 802.11b+ lembrando que a
velocidade será sempre considerada à do dispositivo mais lento.
Padrão 802.11g
Esse padrão é a evolução dos padrões anteriores, ele junta o melhor do 802.11b (alcance do sinal) e do
802.11a (taxa de transmissão). Com ele é possível chegar aos 54 Mbit/s. Porém como os outros padrões caso
alguém se conecte a rede WiFi com uma placa que não seja 802.11g a rede inteira começará a trabalhar a
uma velocidade de 11 Mbit/s. Um ponto importante é que o 802.11g não consegui trabalhar com placas tipo
802.11a.
Há também as placas dual-band, que transmitem simultaneamente dois canais diferentes, isso faz com que a
taxa de transferência seja dobrada. Lembrando que mais uma vez, apesar da velocidade muito superior às
outras, o nível máximo de transferência só será atingido caso todas as placas sejam também dual-band.
A tabela 2 apresenta um breve resumo e uma comparação das especificações IEEE 802.11 citadas a cima.
16
Tabela 2: Interface de rádio do IEEE802.11.
Características
IEEE 802.11
IEEE 802.11a
IEEE 802.11b
IEEE 802.11g
Homologação
Julho de 1997
Setembro de
1999
Setembro de
1999
Julho de 2003
Aplicaçao
Rede de dados
sem fio
Acesso banda
larga (LAN)
Rede de dados
sem fio
Acesso banda
larga (LAN)
Taxa Máxima de
Transmissão
2 Mbit/s
54 Mbit/s
11 Mbit/s
54 Mbit/s
Alcance
100m
50m
100m
100m
Taxas de Fallback
1 Mbit/s
48 Mbit/s
36 Mbit/s
24 Mbit/s
18 Mbit/s
12 Mbit/s
9 Mbit/s
6 Mbit/s
5,5 Mbit/s
2 Mbit/s
1 Mbit/s
48 Mbit/s
36 Mbit/s
24 Mbit/s
18 Mbit/s
12 Mbit/s
9 Mbit/s
6 Mbit/s
Número de Canais
79 (FHSS)
3 ou 6 (DSSS)
12
3
3
Freqüência
2,4 GHz
5 GHz
2,4 GHz
2,4 GHz
Modulação
FHSS ou DSSS
OFDM
DSSS
OFDM ou DSSS
Compatibilidade
802.11
(somente)
802.11ª
(somente)
802.11g
802.11b
Fonte: LIMA, 2008.
Meios de transmissão
As redes wireless (sem fio) fazem as trocas de informações através de ondas de rádio ou infravermelho.
Essas ondas são emitidas através de um ponto de acesso (antena wireless), e tem um alcance entre 15 a 100
metros. Dependendo de seu alcance, podem ser classificadas em redes pessoais (WPAN), redes locais
(WLAN), redes metropolitanas (WMAN).
WPAN
Uma WPAN (Wireless Personal Area Network) pode ser definida como um conjunto de dispositivos de uma
pessoa dispostos, ao redor desta, como uma bolha, que podem se mover e se conectar entre si. Estes
dispositivos podem estar sob o controle de um indivíduo ou sob o controle de dispositivos de outras pessoas.
(SILVA 2006).
O meio de transmissão WPAN tem como principal finalidade, conectar dispositivos em pequenas áreas, sem
a utilização de cabos, como por exemplo, telefones celulares, laptops, impressoras e headsets. Este meio de
transmissão possui a capacidade de cobrir pequenas áreas, se tornando limitada se comparada a outras
tecnologias sem fio e seu padrão é descrito no IEEE 802.15, tendo como extensões o Bluetooth, Ultra Wide
17
Band (UWB) e Zigbee.
WLAN
WLAN (Wireless Local Area Network) ou Wireless Lan são redes locais que conectam suas estações
através de radiofreqüência ou ondas infravermelhas. Suas estações se comunicam por meio de antenas
situadas em placas wireless, transmitindo e recebendo dados sob formas de sinais de rádio (SOUSA, 2000).
As WLANs são uma alternativa flexível às redes físicas, sendo possível a utilização da conexão necessária,
sem desconectar ou reinstalar cabos de conexão, além de ser geralmente utilizada em aeroportos,
universidades, casa, edifícios. Utiliza o IEEE 802.11 como padrão de transmissão e a sua freqüência opera
em 2.4 GHz (HOT 2003).
WMAN
Segundo SOUSA (2000, p.421), o WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) é uma rede que pode ser
montada dentro de uma cidade, permitindo a comunicação de computadores móveis entre si, operando em
freqüências como 902/928 MHz, 15, 18 e 23ghz.
O WMAN é referenciado pelo padrão IEEE 802.16, que foi criado para substituir o padrão IEEE 802.11b no
que diz respeito à transmissão de dados a longa distância. Os testes iniciais utilizando o padrão 802.11b e
antenas de alta potência não funcionaram como o esperado, pois, eram necessários vários repetidores na sua
extensão para conseguir atingir longas distâncias.
O novo padrão 802.16 utiliza um espectro variável, criando faixas de freqüência entre 10 e 60 GHz, com um
padrão alternativo que utiliza freqüências entre 2 e 11 GHz. Isto permite atingir altas taxas de transferência a
distâncias de vários quilômetros.
Recepção de sinal Wi-Fi
Para se conectar a uma rede wireless, é preciso estar ao alcance do sinal de acesso da rede. Há diversos tipos
e modelos de placas disponíveis, variando apenas no tipo de antena (interna ou externa) disponibilizada.
Algumas placas disponíveis no mercado.
Placa Wi-Fi PC Card
Essa placa, apresenta em 2 versões nas figuras 10 e 11, é adquirida separadamente e conectada ao desktop
ou notebook.
Figura 10: Placa Wi-Fi PC Card.
Fonte: MORIMOTO, 2008.
18
Figura 11: Placa Wi-Fi PC Card com duas saídas para antenas externas.
Fonte: MORIMOTO, 2008.
Placa no formato SD
Placa comprada separadamente para ser utilizada em palmtops (figura 12).
Figura 12: Placa no formato SD.
Fonte: MORIMOTO, 2008.
Placa USB com antena externa e antena interna
Esse tipo de placa se conecta através da porta USB. Há uma grande diferença entre as placas que possuem
antena externa (Figura 13) e antena interna (Figura 14), o sinal da antena externa é melhor captado, pois não
há nenhum obstáculo.
Figura 13: Placa USB com antena externa.
Fonte: MORIMOTO, 2008.
19
Figura 14: Placa USB com antena interna.
Fonte: MORIMOTO, 2008.
20
Wi-Fi e WiMAX I: Considerações Finais
Esta série de tutoriais tem por objetivo apresentar um estudo de algumas das tecnologias de transmissão de
dados através de sistemas de comunicação sem fio, wireless, utilizadas em redes, quais sejam: o WiFi
(Padrão IEEE 802.11) e o WiMax (Padrão IEEE 802.16).
Este tutorial parte I procurou apresentar o padrão WiFi, definido pela recomendação IEEE 802.11,
descrevendo inicialmente os conceitos de redes e a seguir as características principais da tecnologia WiFi.
O tutorial parte II apresentará o padrão Wimax, definido pela recomendação IEEE 802.16, descrevendo os
conceitos e as características principais da tecnologia, as recomendações desenvolvidas pelo IEEE e noções
de propagação e segurança.
O tutorial parte III apresentará as diferenças existentes entre as tecnologias WiFI e WiMax , e a seguir a
pesquisa exploratória de aplicações práticas dessas tecnologias, composta por uma descrição dos principais
parâmetros relacionados ao projeto de um sistema de rede wireless, incluindo ainda valores empíricos
obtidos através de pesquisa junto a empresas que já utilizam esse tipo de solução.
Referências
ALLCNET, Antena Standard. Disponível em:
http://www.allcnet.cz/images/telesystem_antena_te80_big.jpg
Acesso em: 15 jul. 2008.
AMPAROWEB, Disponível em:
http://www.amparoweb.com.br/politica.html
Acesso em: 10 out. 2008.
AUGUSTO, Erico; CABRAL, Leandro; BASTOS, Talita; CHAVES, Thaís. OFDMA&WCDMA. 2006. 31
f. Especializaçăo Lato Sensu (1°) - Curso de Sistemas de Telecomunicações Móveis, Faculdade Integrada do
Recife, Recife, 2006. Disponível em:
www.arquivos.fir.br/disciplinas/170SCM8_OFDMA_WCDMA_versao_final.pdf
Acesso em: 02 fev. 2008.
CONNIQ, Duplexing Scheme in WiMax: TDD or FDD. Disponível em:
http://www.conniq.com/WiMax/tdd-fdd.htm
Acesso em: 13 jun. 2008.
CONNIQ, Introduction to FDM, OFDM, OFDMA, SOFDMA. Disponível em:
http://www.conniq.com
Acesso em: 14 jun. 2008.
COSTA, Marcelo A.; MENDES, Luis Augusto Matos. Análise de Tráfegos na Rede de Computadores.
2007. 14 f. TCC (1°) - Curso de Ciência da Computação, Universidade Presidente Antônio Carlos,
Barbacena, 2007. Disponível em:
http://www.lmendes.meuespaco.info/TCC/Semestre2007_2/Marcelo_Alexandre_Costa.pdf
Acesso em: 10 out. 2008.
21
ESPOSITO, Pedro Miguel; ANTAS, Rafael Barbosa Zuquim. WiMax, IEEE 802.16. Disponível em:
http://www.gta.ufrj.br/grad/06_1/WiMax/index.html
Acesso em: 07 ago. 2008.
FARIAS, Paulo César Bento. Redes Wireless: Parte XIII. Disponível em:
http://www.juliobattisti.com.br/tutoriais/paulocfarias/redeswireless013.asp
Acesso em: 28 set. 2008.
FIGUEIREDO, Fabrício Lira. Fundamentos da Tecnologia WIMAX. Centro de Pesquisa e
Desenvolvimento em Telecomunicações. Disponível em:
http://www.cpqd.com.br/file.upload/sas1437_tecnologia_WiMax_port_v02.pdf
Acesso em: 01 out. 2008.
FINNERAN, Michael F.. WiMax versus Wi-Fi: A Comparison of Technologies, Markets, and Business
Plans. 2004. 24 f.- Dbrn Associates, New York, 2004. Disponível em:
http://www.securitytechnet.com/resource/hot-topic/wlan/WiMax.pdf
Acesso em: 26 set. 2008.
GONÇALVES, Anderson. DNS: Como funciona o DNS ?. Disponível em:
http://www.inf.ufes.br/~proinfo/docs/dns/tarefa7/tarefa7.html
Acesso em: 22 set. 2008.
HEMSI, Cyro (Brasil). Promon Business & Technology Review. WiMax O caminho para a banda larga
pessoal. 1ª Rio de Janeiro: Pomon S.a., 2007. 24 p.
INTEL (Brasil) (Org.). Implementação de Soluções WiMax Isentas de Licença. São Paulo, 2005. 16 p.
Disponível em:
http://www.intel.com/portugues/netcomms/wp04_port.pdf
Acesso em: 02 jun. 2008.
INTEL, Understanding Wi-Fi and Wi-MAX as Metro-Access Solution, 2004. Disponível em:
http://www.rclient.com/PDFs/IntelPaper.pdf
Acesso em: 20 ago. de 2008.
KISELEV, Sergey; YANOVSKYKISELEV, Tanya. Sala de Física - Laboratório: Difração por uma fenda.
Disponível em:
http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/difracao/difracao.htm
Acesso em: 02 jul. 2008.
LIMA, Luciana Dos Santos; SOARES Luiz Fernando Gomes; ENDLER Markus. WiMax: Padrão IEEE
802.16 para Banda Larga Sem Fio. 2004. 57 f. Monografias (0103-9741) - Curso de Ciência da
Computação, Pontifícia Universidade Católica Do Rio De Janeiro, Rio De Janeiro, 2004. Disponível em:
www.di.inf.puc-rio.br/~endler/paperlinks/TechReports/MCC29-06.pdf
Acesso em: 30 set. 2008.
LOURENÇO, Ariane Baffa; LOPES, José Luiz. Óptica Física: Difração. Disponível em:
http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/of/Abertura.html
22
Acesso em: 08 set. 2008.
MANSUR, Fábio. Redes de Computadores de Alta Velocidade. Disponível em:
http://www.geocities.com/SiliconValley/Network/7460/
Acesso em: 20 ago. 2008.
MEUCCI, Dálton José. Antenas Wireless: Uma visão geral de antenas para aplicações WIRELESS.
Disponível em:
http://djmeucci.sites.uol.com.br/duvidas/antenaswireless.htm
Acesso em: 03 set. 2008.
MEYER, Eric. WiMax vs WiFi. Disponível em:
http://www.techwarelabs.com/articles/other/WiMax_wifi/
Acesso em: 21 out. 2008.
MORIMOTO, Carlos Eduardo. Redes: Guia Prático. Porto Alegre: Sul Editores, 2008. 555 p.
NAVES, Sanzio; CHAN, Rodrigo. WiMax (IEEE 802.16): Tutorial e Comparação de Esforços de
Simulação. Santa Rita do Sapucaí: Inatel, 2006. 45 p.
NETWORK, Global B2b. Degree Panel Antenna. Disponível em:
http://www.global-b2b-network.com/b2b/88/91/1343/page2/155726/5_8g_60_degree_panel_antenna.html
Acesso em: 15 jul. 2008.
NOKIA. Making the case for Mobile WiMax. Disponível em:
www.nokia.com
Acesso em: 01 ago. 2008.
OLIVEIRA, Félix T. Xavier. BERNAL FILHO, Huber Bernal. Rádio Spread Spectrum (Técnica de
Espalhamento Espectral), 2004. Disponível em:
http://www.wirelessip.com.br/
Acesso em: 14 de ago. de 2008.
OLIVEIRA, Henrique J. C. de. História dos Computadores. Disponível em:
http://www.prof2000.pt/users/harry/Index2.htm
Acesso em: 01 ago. 2008.
PC-WORLD (Ed.). The Most Collectible PCs of All Time. Disponível em:
http://www.pcworld.com/article/136242-3/the_most_collectible_pcs_of_all_time.html
Acesso em: 05 mar. 2008.
PIGNATTI. Antena Yagi. Disponível em:
http://www.pignatti.it/Y-2400-02.html
Acesso em: 15 jul. 2008.
PRADO, Eduardo; LIMA, Fábio. Dimensionamento de Redes WiMax. Disponível em:
http://www.revistadeWiMax.com.br/AdminSite/Revista/DimensionamentoRedes/tabid/92/Default.aspx
Acesso em: 10 maio 2008.
23
RODRIGUES, Márcio Eduardo da Costa. Redes WiMax: Aspectos de Arquitetura e Planejamento.
Disponível em:
http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/marcio_rodrigues/WiMax/WiMax_08.html
Acesso em: 10 out. 2008.
SALDANHA, Carlos Alberto. Analisando a Viabilidade da Aplicação Triple Play para a Inclusão
Digital Utilizando a Tecnologia WiMax. 2007. 89 f. Mestrado - Curso de Gestão de Redes de
Telecomunicações, Pontifícia Universidade Católica, Campinas, 2007.
SILVA, Adevaldo Queiros da. Planejando Redes com Acesso Sem Fio à Internet Utilizando a Tecnologia
WiMax Integrada à Tecnologia Wi-Fi. 2006. 74 f. Trabalho de Conclusão de Curso (1º) - Curso de
Ciência da Computação, Universidade Federal do Pará, Belém, 2006.
SILVA, Luiz Carlos Marques. Como Funciona - ANTENA. Sala de Física. Disponível em:
http://br.geocities.com/saladefisica7/funciona/antena.htm
Acesso em: 08 out. 2008.
SOARES, Marco A.. Luz: Reflexão e refração. Disponível em:
http://www.mspc.eng.br/elemag/opt0210.shtml
Acesso em: 12 set. 2008.
SOUSA, Lindeberg Barros. Rede de Computadores: Dados, Voz e Imagem. 3 ed. São Paulo: Ética, 2000.
SPECIALSKI, Elizabeth Sueli. Arquitetura de Redes de Computadores. 2000. 113 f. Pós-graduação
(Apaga) - Curso de Ciência da Computação, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2000.
STRICKLAND, Jonathan. Como funciona a ARPANET. Disponível em:
http://informatica.hsw.uol.com.br/arpanet.htm
Acesso em: 25 abr. 2008.
TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Tradução 4 ed, Rio de Janeiro: Campus, 2003.
TELECO. Banda larga e VOIP: Modelo OSI. Disponível em:
http://www.teleco.com.br/osi.asp
Acesso em: 04 mar. 2008.
TELECO. Banda larga e VOIP: WiFi. Disponível em:
http://www.teleco.com.br/wifi.asp
Acesso em: 05 mar. 2008.
TELECO. Banda larga e VOIP: WiMax. Disponível em:
http://www.teleco.com.br/WiMax.asp
Acesso em: 06 mar. 2008.
VASQUES, Carlos Magno R.. REDES SEM FIO DE LONGA DISTÂNCIA: PADRÃO IEEE 802.16. Rio
de Janeiro, 2004. Disponível em:
http://www.gta.ufrj.br/grad/04_1/Carlos_Magno/
24
Acesso em: 07 ago. 2008.
VIRTUAL INFORMÁTICA E SERVIÇOS (Ed.). INFRA-ESTRUTURAS. Disponível em:
http://www.virtual.pt/index.php?option=com_content&task=view&id=46&Itemid=51
Acesso em: 02 maio 2008.
WiMax Forum. Disponível em:
http://www.WiMaxforum.org
Acesso em: 02 julho de 2008
WIRELESSIP. Antena. Disponível em:
http://www.wirelessip.com.br/wirelessip/equipamentos/lista_equipamento?categoria=1028301710
Acesso em: 28 set. 2008.
Referências Complementares
FIGUEIREDO, Fátima de Lima P. D. DiffMobil – Uma Arquitetura de Qualidade de Serviço Fim-a-Fim
em Redes GPRS. Tese de Doutorado. Universidade Federal de Minas Gerais. Departamento de
Ciência da Computação. Belo Horizonte. 2004.
GASPARINI, Anteu Fabiano Lúcio. Infra Estrutura , Protocolos e Sistemas Operacionais de Lans:
Redes Locais. São Paulo: Erica, 2004. 334 p.
FIORESE, Virgílio. Wireless: Introdução Às Redes de Telecomunicação Móveis Celulares. São Paulo:
Brasport, 2005. 343 p.
25
Wi-Fi e WiMAX I: Teste seu Entendimento
1. Quais são as camadas que compõem a estrutura do protocolo TCP/IP?
Aplicação.
Transporte.
Internet.
Interface com a Rede.
Todas as anteriores.
2. No contexto deste tutorial, qual das alternativas abaixo não representa um tipo de topologia de
redes?
Mesh.
Ring.
Multiponto.
Ponto a Ponto.
3. Quais são os padrões de interface de rádio do IEEE utilizados para a tecnologia Wi-Fi?
802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g.
802.2, 802.2a, 802.2b, 802.2g.
802.11, 802.11a, 802.11b, 802.16g.
802.11, 802.11a+, 802.11b, 802.11g.
26