PARAHUARISOLNOWSKIBRANCO IMPLEMENTAODEUMAREDESEMFIO: ESTUDODECASONAPLATAFORMAWINDOWS Dissertaoapresentadacomorequisitoparcial obtenodograudeMestreemInformtica noP.P.G.InformticadaUniversidadeFederal doParan. Orientador:CarlosA.PicanodeCarvalho CURITIBA 2 0 0 0 UFPR Mi ni s t r i odaEd u c a o Un i v e r s i d a d eFeder aldoPa r a n Me s t r a d oe mI nf or m t i c a PARECER Ns.abaixoassinados,membrosdaComisso ExaminadoradadefesadeDissertaodeMestradoemInformtica,doaluno ParahuariSolnowskiBranco,avaliamosotrabalhointitulado" I mpl ement aode umaRedesemFio:EstudodeumCasonoSistemaOperacionalWindows". cujadefesafoirealizadanodia10demaiode2000.ApsaAvaliao,decidimos pelaAprovaodoCandidato. Curitiba.10demaiode2000. roL_Pr-CarlosAlbertoPicanodeCarvalho Pre'sTdente-DINF/UFPR p Prof.Dr.Wilson.ArnaldoArtuziJr. MembroExterno-ELETR/UFPR J ^ oV .-krrx^e^r^ Pr of .Dra.KeikoVernicaOnoFonseca MembroExterno- CEFET-PR/CPGEI Prof1.Dra.CristinaDuarteMurta Membro-DINF/UFPR PARAHUARISOLNOWSKIBRANCO IMPLEMENTAODEUMAREDESEMFIO:ESTUDODECASONO SISTEMAOPERACIONALWINDOWS CURITIBA 2000 AGRADECIMENTOS AomeuorientadorCarlosPicano,JooFbio,PauloOtsukaeaoRogrioda Logitechpeloapoiona realizaodeste trabalho. A professora Cristina Duarte pela pacinciaecompreenso. A professora Keiko Fonsecaporsuassugestes. Aos professores Eliase Slvia pelassugestesapresentadas noinciodeste trabalho. A todaa minhafamlia pelocarinho,apoioecompreenso. 111 SUMRIO LISTA DE FIGURASX RESUMOx n ABSTRACTXFFL 1. INTRODUO1 1.1MOT I VAO:QU A LOP ROB L E MA?1 1. 2ADISSERTAO2 2. COMUNICAOSEM FIO - HISTRIASE TECNOLOGIAS4 2. 1INVENODO RDIO4 2. 2LINHADO TEMPO6 2. 3REDESSEMFIO8 2.3.1OQUE?:8 2.3.2PORQUE UTILIZARUMAREDESEMFIO?9 2.3.3COMOAS REDESSEM FIO SOUTILIZADAS NO MUNDO REAL?11 2.3.4PREOCUPAESSOBREO USO DA COMUNICAOSEMFIO13 2. 4TECNOLOGIASPARACOMUNICAOSEM FIO15 2.4.1COMUNICAOCELULAR15 2.4.2CELULAR ANALGICO16 2.4.3CDPD(CELLULARDIGITAL PACKET DATA)17 2.4.4TDMA(TIMEDIVISIONMULTIPLE ACCESS)17 2.4.5GSM(GLOBAL SYSTEM FOR MOBILECOMURRICATION)18 2.4.6OUTROSTIPOSDE COMUNICAO18 2. 5COMOUMAREDESEMFIO FUNCIONA18 2 . 6MERCADOATUAL2 0 2.6.1COMUNICAODE DADOS VIA CELULAR20 viii 2.6.2ACESSOWEBVIACELULARES,PAGERS E COMPUTADORESDE MO23 2.6.3REDESLOCAIS SEMFIO25 2 . 7FUTURODOMERCADOSEMNO2 6 3. PESQUISAS NA REA29 3. 1INTRODUO2 9 3. 2OSISTEMAA L OHADAUNIVERSIDADEDO HAVA2 9 3. 3REASDE PESQUISANACOMPUTAOSEMFIO31 3.3.1DESCONEXO33 3.3.2LARGURA DE BANDA34 3.3.3GRANDEVARIABILIDADENA LARGURA DA BANDA36 3.3.4REDESHETEROGNEAS36 3.3.5RISCOSDE SEGURANA37 3.3.6MIGRAODE ENDEREO38 3.3.7DIFUSO SELETIVA38 3.3.8SERVIOSCENTRAIS39 3.3.9HOMEBASES39 3.3.10TRANSFERNCIADE PONTEIROS39 3.3.11INFORMAES DEPENDENTESDE LOCALIZAO40 3.3.12LOWPOWER40 3.3.13RISCOPARAOS DADOS40 3.3.14ACONFIABILIDADENATRANSMISSO41 3. 4ESPECIFICAOBLUETOOTH41 4. MODELO PROPOSTO43 4. 1INTRODUO43 4. 2MODELODEREFERNCIA4 3 4.2.1OMODELOOSI45 4.2.2OPADROIEEE80246 viii 4.2.3OPADRO IEEE802.1148 4.2.4IEEE802.11WIRELESSLOCAL AREANETWORK48 4.2.5TOPOLOGIA50 4. 2. 5. 1IBSS50 4. 2. 5. 2ESS51 4. 3ARQUITETURADEREDEDOWINDOWS51 4.3.1NDISDRIVERS54 4. 3. 1. 1NICDRIVERS55 4. 3. 1. 2INTERMEDIATE PROTOCOLDRIVERS55 4. 3. 1. 3UPPER LEVELPROTOCOL DRIVER56 4 . 4COMPONENTES"DE PRATELEIRA"5 6 4. 5RESTRIES5 7 4. 6ARQUITETURADASOLUO58 4 . 7DESENVOLVENDOONDI SMINIPORTNI CDRIVER6 1 4.7.1NVEL FSICO-NIC61 4.7.2ROTINAS PARAAMANIPULAO DO NIC62 4.7.3DELIMITAO DOS PACOTES62 4.7.4NVEL DE ENLACE -CONTROLEDE ACESSO63 4.7.5CONTROLEDE ERROS/FLUXO65 4. 7. 5. 1CRC66 4. 7. 5. 2PACOTES ESPECIAIS66 4. 7. 5. 3PACOTES DE DADOS68 4.7.6TOPOLOGIA69 5. IMPLEMENTAO70 5. 1COMOAPLACAFUNCIONA?72 5. 3COMUNICANDOATRAVSDECABOS73 5. 4ENTENDENDOOFUNCIONAMENTODE UMNDI SMINIPORTNI CDRIVER75 5.4.1NDISMINIPORTNICDRIVER75 5.4.2CDIGO FONTENE200077 vi 5. 5ENVIANDOE RECEBENDOPACOTES7 8 5. 6PRIMEIRAVERSODO NDI SMINIPORTNI CDRIVER7 9 5. 7ENVIANDOE RECEBENDOPACOTESATRAVSDORDIO81 5. 8SEGUNDAVERSODONDI SMINIPORT NI CDRIVER82 5.8.1TESTEATRAVSDO AMBIENTEDE REDE84 5.8.2COMUNICAOUTILIZANDOO PADROINTERNET85 5. 9TERCEIRAVERSODO NDI SMINIPORT NI CDRIVER8 6 6. CONCLUSO E TRABALHOS FUTUROS89 APNDICE A - DESCRIO DO HARDWAREUTILIZADONO PROJETO91 ALPLACABAY9 6US CC9 2 A2Z8 5 3 093 A 2.1REGISTRADORES93 A2.2MODOSDE OPERAO94 A2. 2. 1MODO ASSNCRONO94 A2. 2. 2MODO SNCRONO95 A2. 2. 3MODO SDLC95 A3PINAGEM9 5 A4USOCOMO RDIO9 6 A5ENDEREAMENTO9 6 A6ACESSOAOSREGISTRADORES9 9 A7PROGRAMAODAUS CC102 AL.1POLLING102 AL.2INTERRUPO102 A8INICIALIZAODAPLACA103 A9CONTROLEDASINTERRUPES107 A9.1RECEPO108 A 9.2TRANSMISSO108 viii A9.3EXTERNAL/STATUS109 A9.4IDENTIFICANDOOMOTIVODA INTERRUPO109 AL O ENVIODE DADOS111 A10.1POLLING112 A10.2INTERRUPO113 AL1RECEPODEDADOS113 A11.1POLLINGU4 AL1.2INTERRUPO114 A1 2MODOLOOPBACK115 APNDICE B - ETHERNET116 B1ETHERNET116 B2CAMADASETHERNET117 B3ETHERNETXI EEE8 0 2 . 3117 B4FORMATODOPACOTE119 B5ENDEREO ETHERNET120 B6CDIGOSN T121 APNDICE C - FERRAMENTASUTILIZADASNO PROJETO122 CLMICROSOFTS DK/ DDK122 C2SOFTICENUMEGA122 C3BORLANDC + + 3 . 1123 C4VISUALC+ +6. 0124 C5WORD9 7124 C6NDISCOPEFOR WINDOWS124 C7BAYCOM124 C8JNOS125 C9SOURCER125 CIOADOBEACROBATREADER125 viii CL1GS V I E W3 22. 1-AGHOSTSCRIPTGRAPHICALINTERFACE1 2 5 C1 2TERMINALDOWINDOWS126 APNDICED - SCRIPT PARA INSTALAODO DRIVER DE REDE127 APNDICE E - REPRODUODO EXPERIMENTO PRTICO129 REFERNCIASBIBLIOGRFICAS130 viii LISTA DE FIGURAS FIGURA2. 1EXEMPLODE UMAMBIENTEDEREDESEMFIO USANDOPONTOSDEACESSO2 0 FIGURA. 3. 1ELEMENTOSB.SICOSDOSISTEMAAL OHA.3 0 FIGURA3 . 2COLISONATRANSMISSODOSISTEMAA L O H A3 0 FIGURA3 . 3DIAGRAMADE TRANSMISSOE RECEPODOSISTEMAA L O H A3 1 FIGURA4. 1USANDOOSISTEMAOPERACIONALPARADISPONIBILIZARACESSOTRANSPARENTEAREDESEM FIO4 5 FI GURA4. 2MODELOOSIXMODELOI EEE4 7 FIGURA4 . 3PADRO8 0 2 . 1 1ACRESCENTADOAOI EEE4 8 FIGURA4 . 4MEIOSFSICOSABRANGIDOSPELOPADRO8 0 2 . 1 14 8 FIGURA4 . 53SSO TIPOMAISBSICODEREDESEMFIO 8 0 2 . 1 151 FIGURA4 . 6E S SSATISFAZA NECESSIDADEDASREDESDEGRANDEABRANGNCIAEMAIORCOMPLEXIDADE 51 FIGURA4 . 7MODELOOSIE AARQUITETURADEREDEDOWINDOWS5 2 FIGURA4 . 8COMPONENTESEXISTENTESNAARQUITETURADEREDEDOWINDOWS5 4 FIGURA4 . 9ARQUITETURAGERALDASOLUO6 0 FIGURA4 . 1 0COMPONENTESASEREMPROGRAMADOSNON D I SMINIPORTN I CDRIVER6 1 FIGURA4 . 1 1IDENTIFICAODOPACOTE6 2 FIGURA4 . 1 2RESUMODOFUNCIONAMENTODOC S MA / C A6 4 FIGURA 4 . 1 3DIAGRAMADASOPERAESDE TRANSMISSOE RECEPO6 7 FIGURA5. 1PROGRAMABAYCOMCONECTANDOCOMOUTROCOMPUTADOR( PULHF)UTILIZANDOCABOS7 4 FIGURA5. 2PROGRAMAD OSQUE TROCABYTESENTREDOISCOMPUTADORESCONECTADOSCOMAPLACA LIGADAATRAVSDEUMCABO7 5 FIGURA5. 3PACOTEETHERNET7 8 FIGURA5 . 4PACOTE USADONOEXPERIMENTO7 9 FIGURA5. 5ORGANIZAODAPRIMEIRAVERSODONDI SMINIPORT8 0 FIGURA5. 6PROGRAMAD OSQUE TROCAPACOTESENTREDOISCOMPUTADORESLIGADOSPORRDIO8 2 FIGURA5 . 7ORGANIZAODASEGUNDAVERSODON D I SMINIPORT83 viii FIGURA5. 8SEQNCIADEPACOTESPARAA COMUNICAODEDADOS83 FIGURA5. 9EXCLUDOOSPACOTESDE CONTROLEOPCIONAISNESTAVERSODODRIVER8 7 FIGURA5 . 1 0TESTEDOFUNCIONAMENTODODRIVERCOM APLICAESINTERNET8 7 FIGURA5. 11APPLETJAVACOMUMPROGRAMADE CHATSIMPLES8 8 FIGURAA.1PINAGEMLIGANDOAPLACAU S C CAORDIO96 FIGURAA. 2JUNIPERPARAASELEODO ENDEREOBASEDAPLACA9 7 FIGURAA. 3ENDEREODE DADOSE DECONTROLEDAPLACA U S C CUSANDOCOMOENDEREOBASEO VALOR300H9 7 FIGURAA. 4PROGRAMAODOSREGISTRADORESPARAAINICIALIZAODAPLACA105 FIGURAB.1CAMPOSDOPACOTE ETHERNET120 FIGURA D.1-JANELADOWINDOWS98PARAADICIONARO DRIVERDAREDESEMFIO127 viii RESUMO Estadissertaooresultadodoestudodaviabilizaotcnicaeprticada comunicaosemfioentremicrocomputadoresmedianteautilizaodetecnologiae instrumentos"de prateleira".Comoresultadodesteestudoapresentadoumlevantamento dareadecomunicaodedadossemfiocontendosuascaractersticas,astecnologias utilizadase suas reas de pesquisa. O texto finalizado coma propostade umaarquiteturadehardwareesoftware para aimplementaodeumaredesemfio.Estapropostatevecomobaseoestudodomodelo OSI,dopadroEEEE802.11edaarquiteturaderededaplataformaWindows.Asoluo apresentadaestbaseadanodesenvolvimentodeumNDISMiniportNICdriverena utilizaodeferramentas Internetparaodesenvolvimentodasaplicaesqueutilizamesta rede sem fio. viii ABSTRACT Thisdissertationistheresultofatechnicalviabilitystudyofwireless communicationthroughcomputersusing"on-the-shelf'technologyandinstruments.Asa resultof thisstudy,informationaboutthe wirelesscommunicationfield,itscharacteristics, technologiesand researchareasis presented. Thistextalsopresentsanarchitectureofhardwareandsoftwaretodevelopa wirelessnetwork.Thisproposalis basedintheOSImodel,IEEE802.11specificationand Windowsnetworkarchitecture.ThesolutionisbasedinthedevelopmentofaNDIS MiniportNICdriverandintheuseofInternettoolstotheapplicationdevelopmentusing this wirelessnetwork. Xlll 1 1.INTRODUO 1.1 MOTIVAO:QUAL OPROBLEMA? Existeumsegmentodemercadoondeainformticatemsidousadaparaa monitoraodeequipamentosderdioeteleviso.Nestareaaconcorrncia, principalmentedesistemasamericanos,muitogrande.Porisso,paraconseguircompetir nestemercadonecessrioatacarospontosfracosdamaioriadestessistemasde monitorao:asuaarquiteturafechada,oseualtocustodeaquisio,manutenoe personalizao.Focandoestespontos,foidesenvolvidoumtrabalhoemparceriacoma RedeGlobode Televiso-So Paulo,como objetivode construirestessistemasutilizando soluesmais"abertas"dehardwareedesoftware.Nolugardeusarhardwaredotipo "caixa-preta",presentenossistemasimportados,foramutilizadoscomputadorespadro PC.Osoftwareparafazeramonitoraofoidesenvolvidocomopessimplesde personalizaodeformaapermitirousuriodosistemamodificar,retirarouacrescentar facilmente pontosde monitorao.Dentrodestaestratgiafoi possvelreduziroscustosde implantaoe personalizaodestessistemas. Oobjetivode baixarocustodos sistemasdesupervisoparaequipamentosde rdio etelevisofoialcanado,masocomponenteresponsvelpelacomunicaodosdadosvia rdio,queconsumiuumconsiderveltempodedesenvolvimento,apresentouomesmo problemadossistemasconcorrentes.Acomunicaoporrdiofoidesenvolvidadentrode umaarquiteturafechada,de forma aatenderapenasacomunicaoexistentenosistemade monitoraoremota.Umfatornofoiconsideradonodesenvolvimentodosistemade 2 monitorao:apossibilidadedereaproveitarasoluodecomunicaodedadosviardio em outrossistemas que se beneficiem deste tipodecomunicao. Baseadonaexperinciaadquiridanodesenvolvimentodestesprogramasaseguinte perguntasurgiu: Comodesenvolverumasoluo,debaixocusto,quepermitisseacomunicao de dadosviardioe que fosse transparenteaodesenvolvedordosistema? Ummduloquepermitisseasuautilizaoemumsistemademonitoraobem comoemoutrossistemasqueutilizamcomunicaodedadossemfio?Oenfoquedo primeirotrabalho(sistemade telesuperviso)foi asimplificao tendocomoalvoousurio final. O enfoque destadissertaode Mestrado diferente,consistenasimplificaodo uso dacomunicaodedadossemfioparaosdesenvolvedoresdesistemas.Isto formalizado no pargrafo aseguir. Estetrabalhooresultadodoestudodaviabilizaotcnicaeprticada comunicaosemfioentremicrocomputadoresmedianteautilizaodetecnologiae instrumentos"deprateleira".Entende-se"deprateleira"equipamentossimples,debaixo custo,encontradosem lojasespecializadas. 1.2 ADissertao Oresultadodapesquisaparaodesenvolvimentodeummdulodecomunicao sem fio est registradonestadissertao,organizadadaseguinte forma: J -Primeiro.Levantamentodareadecomunicaodedadossemfio,suas caractersticasetecnologias(captulo2).Deveserlidoporquemdesejateruma visogeraldarea. -Segundo.Identificaodasreasdeestudosobre oassunto(captulo3).Deveser lidoporquemteminteresseemconhecerograndenmerodeproblemasque existemnareade comunicaosemfio. -Terceiro.Apsa apresentaogeralsobrecomunicaosemfio(captulo1 e2) estsendopropostoumaarquiteturadehardwareesoftwarecapazdeatenderas necessidadesdecomunicaodaredesemfiodebaixocusto(captulo4).Deveser lidoporquemteminteressenomodeloparaaimplementaodestarede,objetode estudodadissertao. -Quarto.Validaodo modeloatravsda implementaode umprottipo(captulo 5eapndices). Deformaacontribuircomtrabalhosfuturos,almdaapresentaodomodelo propostoparaarede,foireunidonestetextoasinformaessobreacomunicaosemfio encontradasdemaneiradispersaouquenoestavamdevidamentedocumentadas.Um exemplodissooApndiceA,queapresentainstruessobrecomoprogramarumaplaca USCC. 4 2. COMUNICAOSEMFIO - HISTRIASETECNOLOGIAS 2.1 Invenodordio AinvenodotelgrafoporSamuelF.B.Morseem1838inaugurouumanova pocanascomunicaes.NosprimeirostelgrafosutilizadosnosculoXIX,mensagens eramcodificadasemcadeiasdesmbolosbinrios,chamadosdecdigoMorse,eento transmitidasmanualmenteporumoperadoratravsdeumdispositivogeradordepulsos eltricos.Desdeento,acomunicaoatravsdesinaiseltricosatravessouumagrande evoluo,dandoorigemmaiorpartedosgrandessistemasdecomunicaoqueexistem hoje em dia,comoo telefone, o rdioe a televiso[2], Duranteametadedoltimosculooscientistasestavamprocurandoumaformade secomunicarsemautilizaodeumfio.Todavia,astentativasfeitascomondas eletromagnticasnotiveramnenhumresultado.OescocsClarkMaxwelldemonstrou matematicamentecomo"aes"eletromagnticasseespalhavamcomummovimento ondulatorio.Em1887oalemoHeinrichHertz,usandocorrentesperidicasemumaalta freqncia,demonstrouaexistnciarealdeondaseletromagnticastransformandoo "movimentoondulatorio"emumfenmenoestacionario,oqualpoderiaserverificadoem umlaboratrio.OitalianoAugustoRighicontinuouemelhorouotrabalhodeHertz mostrandoarelaoentrevibraesticaseeltricas.Em1884TemistocleCalzecchi-Onestiobservouainflunciadedescargaseltricasdeperturbaesatmosfricasemum ironfilingconstruindoum"tubo"quefoichamadomaistardeem1894porOliverLodge de coherer.Foramestas pesquisasquelevaramMarconia produzirumdispositivocapazde produzirondaseletromagnticase permitirque estasondas viajassem peloar.[41] 5 EmSetembrode1895GuglielmoMarconi,umauto-didatade21anosnascidoem Bologna,Itlia,jtinhafeitoalgunsexperimentossimplesqueoconvenceramdequeera possvelenviarsinaisatravsdo usode ondas eletromagnticasusandoumaantena.Usando os osciladoresde Hertze Righi,Marconiconseguiufazer pequenastransmisses,comopor exemploumatransmissoquepercorreuos100metrosqueseparavamasuacasadofinal doseujardim.Todavia,foipossveldemonstrarqueusandooar{ether)erapossvel transmitirentredoispontosseparadosporumobstculo.Cientistaseoutrosespecialistas diziamqueondaseletromagnticaspoderiamapenassertransmitidasemlinharetaeque issofuncionariaapenassenoexistissenenhumobstculonocaminho.Acimadetudo,os cientistasachavamqueoobstculointransponveltransmissoeraaprpriacurvaturada superfcieterrestre.MesmosabendodetudoissoMarconiresolveucolocaroseu transmissorpertodesuacasaeoreceptora3Kmdedistncia,atrsdeummorro.No receptorestavaMignani,umassistentedeMarconi,cuja tarefaseriadispararumriflecaso recebessealgumsinal.QuandoMignanidisparouasuaarma,pelaprimeiraveznahistria ostrspontosquecompemaletra"S"docdigoMorsetinhaviajadoatravsdoespao. Mesmocomessafaanhanotvelositalianosnoseentusiasmaramcomainvenode Marconi,oministroresponsvelpelascomunicaesnaItliaconsiderouqueesteinvento noera"apropriadoparaastelecomunicaes".IssolevouMarconiInglaterraonde patenteouoseuinvento.FoiaindanaInglaterra(1897)queMarconiconseguiuapoioe dinheiroparacontinuarosseusexperimentos,ondeconseguiutransmitiradistnciasde5, 8,15, 30 e100Km.[40] Oanode1921 marcouo primeiroregistrode usode comunicaessemfiona forma bidirecionalpeloDepartamentodePolciadeDetroit.Maisde20anosdepois,em1946, 6 tocouoprimeirotelefonemvel[27],Atrecentementeaconectividadesemfioe onipresente pareciafilmede fico cientfica. Pararesumirahistriadacomunicaosemfiosoapresentadosalgunsaspectos interessantes,alguns no mencionadoem detalhes,atravs de uma linha do tempo. 2.2 Unhado Tempo 1838Invenodo telgrafo porSamuel F. B.Morse. 1850ClarkMaxwelldemonstramatematicamentecomoaeseletromagnticas espalham-secomo ummovimentoondulatorio. 1887Heinrich Hertzdemonstraa real existnciade ondaseletromagnticas. 1894TheCoherer. 1895Rdio-transmissorde Marconi. 1921ComunicaomvelsemfiobidirecionalpeloDepartamentodePolciade Detroit. 1941PatenteadoporHedyLamarreGeorgeAntheilsistemadecomunicao utilizandomltiplasfreqncias (futuramente chamadodespread-spectrum). 1946Funcionamentodo primeirotelefone mvel. 1962Primeirosistemaeletrnicodespread-spectrumdesenvolvidoparaequipar misselamericano(Sylvania ElectronicSystems). 1970Redede radiodifuso Alohainicia oseufuncionamento interligandoocentro decomputaodaUniversidadedoHava,emHonolulu,aterminais espalhadospelasilhas. 1980EmFevereirofoiinstitudoocomitIEEE802(chamadoassimdevidoao anoemsdoseuinicio),comoobjetivodeelaborarpadrespararedes locais decomputadores. 1980sRdioamadoresdesenvolvemumhardwarechamadoTNC{TerminalNode Controllers).EstehardwarepermitiuquemicrocomputadoresdosEstados Unidose doCanadpermanecessemconectadosatravsdeequipamentosde rdioamador. 1984AISOdesenvolveummodeloderefernciachamadoOSI{OpenSystem Interconection). 1985OFCC{FederalCommunicationsCommission)autorizaousopblicodas freqnciasquecompemoISM{Industrial,ScientificandMedicai),esta faixadefreqnciascompreendemde902MHza5.85GHz.Aautorizao permiteautilizaodeequipamentosquetransmitemnestafaixasemo pedidode autorizaodogoverno. 1991EmMaioumgrupolideradoporVictorHayesenviaumprojetoaoIEEE paradarincioaogrupodetrabalho802.11quedefineopadropararedes sem fio. 1992NaconfernciadeadministraodeespectroderdiodaUIT,instala-sea IMT-2000{InternationalMobileTelecommunications2000).Apropostada 8 IMT-2000forneceracessowirelessinfra-estruturaglobalde telecomunicaes,medianteunificaodospadresadotadosemsistemas mveis celularesem uma nicainfra-estrutura derdio. 1994De maneiraa incentivaro desenvolvimentodasuperinfoviadacomunicao, quetambmincluiainfraestrutura wireless,oGrupodos7 (G-7)criaaGII (Global Information Infrastructure). 1997EmJunhootextodescrevendoopadroIEEE802.11chegaasuaverso final. 1999EmMarofoicriadoogrupodetrabalhoIEEE802.15paradefiniros padresparaacomunicaodedispositivosemredesdotipoWPAN {Wireless PersonalAreaNetwork). 2.3Redes sem fio 2.3.1 O que ? Umaredelocalsemfioumsistemadecomunicaodedadosflexvel implementadocomoumaextenso,ouumaalternativa,aumaredelocal(LAN)[51], Usandotecnologiaderdiofreqncia(RF),redessemfiotransmitemerecebemdados atravsdoar,minimizandoanecessidadedeconexesusandocabo.Destaforma,asredes sem fio combinamconectividadecommobilidade. Asredessemfiotmaumentadoasuapopularidadeemdiversasreas:sade, manufatura,revendaseeducao.Estasreastmtidoresultadospositivosnousode terminaisdeentradadedadosecomputadoresportteisnatransmissodeinformaesem 9 temporealparaa umcomputadorcentral.Hojeasredessemfioestosendoreconhecidas comoumaalternativadeconexopararedesdepropsitogeralemumagrandefaixade negcios.Pesquisasestoprevendoqueestemercadoaumentaroseuritmode crescimento,devendoultrapassarabarreiradosUS$2bilhesapartirdoano2000[28] [38], 2.3.2Por queutilizarumarede sem fio? Asredeslocaissemfiosorealidadeemvriosambientesderedes,principalmente nosquerequeremamobilidadedosusurios.Asaplicaessoasmaisdiversase abrangemdesdeaplicaesmdicas,comoporexemploa visitaa vriospacientescomum sistema porttildemonitoramento,at ambientesde escritriooude fbrica. Apesardaslimitaesdecoberturageogrfica,utilizando-seaarquiteturade sistemasdedistribuiopode-seaumentaraabrangnciade umaredesemfio,fazendouso devriossistemasdedistribuiointerconectadosviaredecomfio,numesquemade roamingentre microclulas,semelhantea umsistemade telefonia celularconvencional. Adisseminaodousode redenosnegcios,ocrescimentometericodaInternete dosserviosonlinesoosmaisfortesindciosdasvantagensdocompartilhamentode dadoserecursos.Atravsdasredessemfio,osusuriospodemacessarinformaes compartilhadassemterqueprocurarporumlugarparaseconectar.Osgerentesderede podemconfigurarouaumentarasredessemanecessidadedeinstalaooumovimentao decabos.Redessemfiooferecemprodutividade,conveninciaevantagensdecustosobre as redes que utilizamcabos. Listamosalgumas vantagensdo usodas redessem fio: 10 - Mobilidade:sistemasde redesemfiopodemforneceraosusuriosdaredeacesso ainformaesemtemporealemqualquerlugardentrodaorganizao.Esta possibilidadedemovimentaopodeserutilizadadeformaaaumentara produtividade,almdecriarnovasoportunidadesdeserviosquenoseriam possveisatravsdo uso de redescomfio. -VelocidadedeInstalaoeSimplicidade:instalarumaredesemfiopodeser rpidoe fcil, eliminandoa necessidadede passarcabospelos tetoseparedes. -FlexibilidadenaInstalao:redessemfiopodemirondeosistemadecabosno pode,comoporexemploem umareservaflorestal. -CustodePropriedade:enquantoocusto inicialdeinvestimentonecessrioparaa instalaodohardwareedosoftwarepodesermaiordoqueocustodeumarede comcabos,ocustototaldeinstalaoeocustodociclodevidapodeser significativamenteinferior.Osbeneficios alongoprazosomaioresparaambientes dinmicosque necessitamdemudanasfreqentes. As redescomcabosprecisamde modificaesemsuaestrutura,comoinstalaodenovoscabosenovospontosna rede. -Escalabilidade:sistemasderedesemfiopodemserconfiguradosnumagrande variedadedetopologasparaatenderasnecessidadesdeaplicaeseinstalaes especficas.Configuraessofacilmentemodificadasderedespontoapontode poucosusuriospararedescorporativas,permitindoumamovimentaodousurio em umagrandereadeabrangncia. 11 2.3.3Como as redes sem fio soutilizadasnomundoreal? Aadoode umaarquiteturade redequeutilizacomunicaosemfionosignifica necessariamentea exclusoda utilizaode cabos na rede.Muitas vezes uma redesem fio utilizadadeformaacomplementaraoinvsdesubstituirumaredetradicionalutilizando cabos.Freqentementearedesemfioutilizadadeformaapermitiraconexodeum usuriomvelredecorporativaqueutilizacabos.Alistaapresentadaaseguirdescreve algumasdasmuitasaplicaespossveisquetiramproveitodaflexibilidadeoferecidapela comunicaosem fio: -Mdicoseenfermeirasemumhospitalsomuitomaisprodutivosporqueatravs deumhandheldouumnotebookpodemobterinformaesatualizadassobreo pacienteinstantaneamente. -Gerentesderedegastammenostempoparaviabilizarmudanasnarede,como posiodos computadores,localou tamanhodarede. -Locaisdetreinamentoeestudantesemuniversidadesutilizamconexessemfio parasimplificar o acesso informao e trocade dados,facilitando oaprendizado. -Gerentesderedequeinstalamcomputadoresemconstruesantigasdescobriram queautilizaoderedessemfioumaalternativadeinfraestruturaderedeque pode ficar mais barata. -A utilizaoderedessemfioemcongressos,feirasoueventosreduzemotempo deinstalaoporquediminuia inconvenienteinstalaodoscabose porquepermite queoscomputadoressejampr-configuradose testados,mesmoantesdainstalao emseulugardefinitivo. 12 -Gerentesderedequeutilizamredessemfiopodemaumentaraseguranade aplicaesde missocrticaa partirdacriaode formas alternativasde conexoao ambientede redecomcabos. -Executivosemreuniespodemtomardecisesmaisrapidamenteporquepossuem informaes em temporeal na"pontadosdedos".[51] - Interligaode LANsentreedifcios independentesoudistantes. - Instalaestemporrias. - Prdios tombadospelopatrimniohistrico. -Locaisondejexistemdiversosdutosinstaladosnosolo,muitasvezessemum controledasua exatalocalizao(Sabesp,Eletropaulo,Telepar,entreoutras). -Usuriosqueprecisamselocomoverdentrodaempresa,eaomesmotempo consultamouatualizaminformaesexistentesnarededaempresa,comopor exemploo inventrio,o estoque,entre outros.[28] -Correioeletrnicoparaequipamentosportteis. -Telemetradeequipamentosemlocaisremotosoudedifcilacesso,como retransmissoresdeTV. -Acompanhamentodefrotasatravsde localizaoe telemetria. -Acessoabasededadosremota(polcia,guardaflorestal,sistemasdotiporede-shop,entreoutras). 13 -Mquinasvendedorasautomticascommodemssemfioqueavisamquandoo estoqueestacabando,dispensandoodeslocamentodepessoasparaaverificao. [26] 2.3.4Preocupaessobreo uso da comunicaosem fio Somuitososbeneficiosquepodemseralcanadospelousodacomunicaosem fio, mas nose podeesquecerdos problemase conseqnciada escolhadestatecnologia. -Interferncianosinalderdio.Oprocessodetransmissoerecepodesinais de rdiooulaseratravsdoarfaz comqueossistemassemfiosejamvulnerveisa rudosproduzidospormudanasatmosfricasoutransmissesrealizadasporoutros sistemas.Umaredesemfiopodetambminterferiremumaoutraredesemfio prximaouem umoutroequipamentoderdio.Ouseja, umacomunicaosemfio podesofrer ou gerar interferncias.O gerenciamentodasfreqnciasutilizadas,uma boaanlisedoespectroantesdainstalaodaredeeautilizaodetecnologias como spreadspectrumpodemminimizareste tipodeproblema. -GerenciamentodeEnergia.Nautilizaodeequipamentosmveis,muitasvezes no possvelligaresteaparelhoa uma tomada.Nestecasoaautonomiadeusodo equipamentoestardependendodesuabateria.Nestassituaesogastoadicional resultanteda utilizaodohardwareresponsvelpelacomunicaosemfio,passaa sersignificativonoconsumodeenergia.Umapossvelalternativaparareduziro consumode bateriaestna utilizaode tcnicasque,mesmoaumentandoo tempo deresposta,procuramreduziraquantidadedetempoqueordiopermaneceem operao. 14 - Interoperabilidadedossistemas.Diferentementedasredescomfioquepossuem protocolosaltamentedifundidos, como porexemploEthernet,aestruturaodeuma redesemfiocomumcerto tipodefabricantepodeinviabilizaraampliaodarede utilizandoequipamentosdeoutrosfabricantes.Apublicaoeaatualadoode padrespelosfabricantes(comooIEEE802.3)deveraumentaracompatibilidade destesequipamentosem poucosanos. -Seguranadaredecontraacessonoautorizados.Oarusadocomomeiode transporteparaasinformaes,porissoapossibilidadedeteracessoaosdados transmitidosmaiorsecomparadocomunicaoutilizandocabos.Porisso,alm docontroledasconexesedousodesenhas,autilizaodecriptografia fundamental. -Questesdeinstalao.Emcomparaosredessemfiooplanejamentoparaa instalaodoscabosdeumaredecomfionormalmentenoapresentaproblemas. Estuda-seaplanta,identificam-seoslocaisparapassagemdoscabos,o comprimentodoscaboseaeventualnecessidadederepetidores.Depoisda instalaodestescabosaredecostumafuncionardeacordocomoplanejado.De formacontrria,ainstalaoderedessemfionocostumasertoprevisvel. muitodifcil,senoimpossvel,definiraestruturaodaredesemfioapenas estudandoaplantaouobservandoolocaldainstalao.Paredes,tetoseobjetos atenuamossinaisde rdioe podemat alteraro caminhoda transmisso.Aabertura oufechamentodeumaportapodealterarapropagaodosinal,semcontara possibilidadedeinterfernciaexternaquandoosinalutilizadonacomunicao entreprdiosdiferentes,quenestecasopodereceberinterfernciadeoutras 15 transmisses.Porissofundamentalarealizaode testesde propagaoeanlise do espectrocomo parte do planejamentode uma redesem fio. 2.4 TecnologiasparaComunicaosemFio Pode-seclassificaracomunicaosemfioemcomunicaesunidirecionaise bidirecionais.Ascomunicaesunidirecionais,presentesnosserviosde pagers,permitem transmissodeinformaesparaumouparamltiplosreceptores.Esteoformatoideal paraodespachodemensagens,atualizaodenotcias,informaesdepreoseatribuio derotas.Considerandocusto,acomunicaounidirecionalummtodoeficienteparaa entregade informaes aosseusdestinatrios. Emboraastransmissesunidirecionaisdesempenhemumimportantepapelsoas comunicaesbidirecionaisquepermitemexploraropotencialmximodacomunicao semfio,possibilitandoconexodeLANs,telefonespblicossemfio,confernciasem temporeal,entre outras.[27] Existeumasriedetecnologiasparacomunicaosemfio,cadaumadestas tecnologiascomoseuconjuntodecaractersticas,vantagenselimitaes.Apresentamos estas tecnologiasaseguir. 2.4.1 ComunicaoCelular Fazempartedeumsistemamvelderadiotelefonaquetransmitedadossobre pequenasreasgeogrficas,chamadasclulas,queutilizamreceptoresetransmissoresde baixapotncia.Os telefonescelularesfuncionam tipicamentedentrode umraiode8km.A comunicaocelularocorrepormeiode umamalhade transmissores/receptores,ondecada 16 conjuntochamadodeclula.Umsinalprovenientedeumdispositivocelulartratado pelaclulamais prxima,que transmiteosinalatravsde linhas telefnicas comuns. medidaemqueumdispositivocelular,comoumtelefoneporttil,move-sede umalocalidadeparaoutra,osinalpodecairmomentaneamenteconformesepassadeuma reacobertaporumaclulaparaoutrareacobertaporumasegundaclula.Isso conhecidocomohandoff. Quandoumdispositivocelularmove-separadentrodoalcancede umanovaclula, seusinalcapturadoporoutroparformadoporumtransmissoreumreceptor. Normalmenteestaclulaaqueencontra-semaisprximadodispositivo.Entretanto,se umsinal bloqueado,uma clula mais afastada passa aser utilizada.[26] Asocorrnciasde handoffnosoproblemaparasinaisdevoz,cheiosdevaziose pausas;contudo,nocasodosdados,senohouverprotocolosouequipamentosespeciais, cada trocade clula representa uma potencial transmissoarruinada.[27] 2.4.2 CelularAnalgico Umadasformasmaissimplesdecomunicaosemfioocelularanalgico. Projetadooriginalmenteparacomunicaesdevoz,ocelularanalgicofuncionadeforma muitoparecidacomostelefonesbaseadosemlinhasdeterra-naverdade,umachamada celularviajaamaiorpartedadistnciaatravsdessaslinhas.Atransmissodedadosvia celularanalgicorequer um modemligadoaoserviocelular[27], 17 OstelefonescelularesanalgicosnormalmenteutilizamatecnologiaFDMA (.Frequency DivisionMultipleAccess)quedivideasfreqnciasparasepararcadaumadas chamadas[46], 2.4.3CDPD (CellularDigitalPacketData) UmdispositivocelularCDPDsegmentaosdadosempacotesquepodemser transmitidosdeformaindependente.Estespacotesdedadossoenviadospormeiode sinaisdecelularesquejestosendoutilizadosparacomunicaesdevoz;elesso inseridos na portadorado sinalduranteos perodosde silncioque acompanhama fala. Devidopossibilidadedeperdadospacotesdedadosduranteumhandoff\oude distorocausadapelaestticaouporoutrainterferncianosinaldocelular,oCDPD receptorverifica os pacotespara tercertezadequenoapresentamproblemas,esolicitaao CDPDemissorque torne a enviaros pacotesdanificados ouperdidos.[26] 2.4.4 TDMA(TimeDivisionMultipleAccess) Mtododemultiplexaoparatelefonescelularesdigitais,noqualatribudouma faixadetempoemumcanalparacadausurio. [26]TDMAdividecadafreqnciade portadoraemumdeterminadonmerodeintervalosdetempo,cadaqualconstituindoum circuitoindependentedetelefone. [46]Tipicamente,atdezusuriospodemcompartilhar umcanal.Jexistecercade30milhesdeusuriosqueutilizamcelularescomesta tecnologia[37], 18 2.4.5 GSM(GlobalSystem forMobileComunication) OGSM utilizaamesmatecnologiadoTDMAondecadafreqncia deportadora divididaem umnmerode faixas de tempo.GSM utilizadoamplamentena Europacomo principalpadroparasistemas de comunicaosemfio.[46] 2.4.6 Outros tiposdecomunicao Existeumnmerograndedeestratgiasusadasnacomunicaosemfio.Elasso importantesmasnofazempartedoescopodestetrabalho,porissoseroapenascitadas: Microondas[6],Frequency-HoppingSpreadSpectrum,Direct-SequenceSpreadSpectrum Technology[51][43][48][5],CodeDivisionMultipleAccess(CDMA)[26][46][6], WidebandCodeDivisionMultipleAccess(W-CDMA)[52],Infravermelho[51][6][5], etc. 2.5Comouma rede sem fiofunciona Uma redesem fio utilizaondaseletromagnticaspara transmitirinformaes de um pontoa outrosemousode conexesfsicas.Ondasderdiosofreqentementechamadas de portadorasderdioporqueelassimplesmenteexecutama funo deenviarenergiapara umreceptorremoto.Odadotransmitidosobrepostonaportadoradordiodeformaa permitiraextraodestainformaonopontoreceptor.Umavezodadosobreposto(ou modulado)na portadoradordio,estesinalocupamaisdoqueumanicafreqncia,uma vezqueafreqnciaouataxadebitsdainformaomoduladaadicionadaportadora. Mltiplasportadorasderdiopodemexistirdentrodomesmoespaoedentrodomesmo temposeminterferirumnooutroseestasondasforemtransmitidasemdiferentes freqnciasderdio.Paraextrairosdados,ordioreceptorajustadoemumafreqncia enquantoas demaisfreqnciassodescartadas. Emumaconfiguraoderedetpica,odispositivodetransmisso/recepo, chamadode pontode acesso,conecta-secoma redeatravsde umabasefixaqueusacabos tradicionais(Figura2.1).O objetivodo pontodeacesso receber,armazenare transmitiros dadosentreasredessemfioecomfio.Umnicopontodeacessopodesuportarum pequenogrupode usuriose podefuncionar dentrode umafaixaquevariadeumaavrias centenasdemetros.Opontodeacesso,ouaantenaanexadaaopontodeacesso, normalmentecolocadoemumlocalalto,entretantopodesercolocadoemqualquerlugar ondeo alcancedo rdioatinja a readecoberturadesejada.Ospontosdeacessonoapenas fornecemacomunicaocomaredeconvencional,comotambmintermediamotrfego comos pontosde acessovizinhos,numesquemade microclulascomroamingsemelhante aumsistemadetelefoniacelular(figura 2.1).Osusuriosacessamaredesemfioatravs deadaptadoresderedeespeciais,quedisponibilizamumainterfaceentreosistema operacionalderede(SOR)eaantenatransmissoradosinal.Apartirdestaestruturaa naturezadestaconexosem fio fica transparenteparaoSOR.[51] 20 Figura2.1 Exemplodeumambientederedesemfiousandopontosdeacesso 2.6MercadoAtual 2.6.1 Comunicaode dadosviacelular Osmodemsatuaisforamoriginalmenteprojetadosparalinhastelefnicas convencionais,que possuemasseguintescaractersticas: -Comunicao"estvel"apsestabelecimentoda ligao. -"Pequenas" variaesdas caractersticasdocanal decomunicao. -Caminho/distnciadosinalfixosduranteacomunicao. 21 Osistemacelularfoi projetadosimplesmenteparamanterummnimodequalidade desinalde voz,apresentando: -Variaesdo nveldosinaldurantea ligao. -Interrupesdacomunicao,devidoa trocade freqncias{hand-off). - Mudanadopercursodo sinalduranteacomunicao. - Eco dosinaldevidoa reflexes ("fantasmas") Todosestesfenmenossodevidosscaractersticasdacomunicaoviasinalde rdiodivididaemclulas.Assim,ficaclaroqueacomunicaodedadosviatelefonia celularrepresentaumdesafio paraomodem,poisascondiessomuitomaisadversasdo que as apresentadaspelosistemade telefoniaconvencional. Oprimeiropontoquedeveserlevadoemconsideraoautilizaodemodems convencionais,usadosemlinhastelefnicascomuns,quesomentepodemseraproveitados nosistemacelularanalgico,jqueessesmodemsutilizamestemodo(analgico)para comunicao.Assim,ossistemasdigitaisexistentesatualmente(CDMA/TDMA)por enquantonosuportama comunicaodedados. Tendoemvistaascondiesadversasdocanalcelular,sefaznecessrioousode umprotocoloespecial,quetrateosproblemasapresentadoshpoucoetenhamaior tolernciascondiesdalinhacelular.Atualmente,umprotocolomuitoutilizadoo MNP 10,quepossuiumaversoaperfeioada,conhecidacomoMNP10EC.Exemplosde aplicaesondenosepodeutilizaroprotocoloMNP10EC,porqueaoutrapontano trabalhacomo protocolo, oacessoa RENPACe a muitosprovedoresInternet. 22 importantenotar,tambm,queoprotocoloMNPIOECmelhorasensivelmentea qualidadeeestabilidadedacomunicao,entretanto,emlocaisemqueacomunicaovia celularpossuemmuitosaparelhosdentrodamesmaclulaouquepossuemmuitos obstculos,oqueocorrenascapitaisdeSoPauloeRiodeJaneiro,mesmocomeste protocolonohgarantiasdaqualidadenacomunicao.Oltimoaspectoaserlembrado sobreoMNPIOECqueelesoperaparatransmissesdedados,notendofunopara transmissesdeFax,assim,estasnormalmentetmumndicerelativamentebaixode sucesso,umamdiade 30%a50%. Devidoaslimitaesdebandadocanalcelular,acomunicaoficalimitadaa velocidadesentre2400bpsa4800bps.Usandocompressodedadospossvelchegara umamdiade9600bps.Assim,importantequeasaplicaesutilizadasnoexijamalto trfego de dados,devendo-seatera transmissesde arquivospequenos. RequisitosparaComunicaode Dadosvia TelefoniaCelular -Os modemsde ambososladosdacomunicao(origem/resposta)devempossuiro protocoloMNPIOEC. -Os locaisde comunicaodevemapresentarumsinalde boaqualidade. - ExistiradaptadorRJ-11do telefonecelular. Sendoassim,estemeiodecomunicaomaisrecomendadoparaaplicaes especficas que possuembaixovolumedetransmisso. Existemduas tecnologiasque prometemsoluesparaos problemasapresentados: -ACDPD(CellularDigitalPackedData),umsistemadecomunicaodedados operandonasvelocidadesde9,6kbpsa19,2kbpsparaosistemacelular, necessitandoainstalaodeequipamentosdereceponasestaesrdio-baseea utilizaodeummodemespecialCDPD.AlgumasoperadorasdecelularnoBrasil jdisponibilizameste tipode comunicao[32], -OsistemaPCS(PersonnalCommunicationsServices),umnovosistemade telefonia celulardigital,que preva comunicaode dados.[42] 2.6.2 Acesso Web via celulares,pagers e computadoresdemo Noinciode1999aMotorolaeaCiscoanunciaraminvestimentodeUS$1 bilho durantecincoanosparacriarumpadrodeacessoInternetapartirderedessemfio. Sprint,NexteleAirTouchforamalgumasdasempresasqueaderiraminiciativa.Ao mesmotempo,a MicrosoftfirmouumacordocomaBritishTelecomparadesenvolverum navegadordestinadoatelefonescelulares.Asduasnotciassinalizaramatendnciaquea Internetcomeouaexperimentarem1999:wireless.Lere-mailsoubuscarinformaesna Web nosomaisoperaesexclusivasdosmicrosdemesa,issopodeserfeitousandoo celularatravsdosserviosdaAmericaonLine[30],MSNBCoualgunssitesnacionais comooPageMe[31].NestesegmentooprotocoloWAP(Wireless ApplicationProtocol) estsendoamplamenteadotado. A Websem fio atravsdocelularainda lenta,funciona a14,4 Kbpscontraos56K dosmodemsnosPCs.Otamanhodosvisoresdostelefonesmveisvariadeduasatrs polegadascontraos de15 ou17 polegadas nasmesasdoescritrio.Apesardisso,segundoa (IDC)InternationalDataCorporation,dos64milhesdeproprietriosamericanosde 24 celulares,15% jutilizamseusequipamentosparao trfegodedados.Em2002,quandoos EstadosUnidostiveremcercade108milhesdetelefonescelulares,70%delessero usadosparabuscarinformaesnaInternet.AIDCprevqueasalteraespercentuais sero mais oumenossemelhantesparao restodo mundo,parao Brasila previsodaAnatel de30milhesdecelularesem2003.Considerandotodososaparelhossemfioque acessamaWebaIDCassinalou7,4milhesdeusuriosem1999comaprevisodeque este nmerocheguea 61,5milhesem2003nos EUA[34], Ograndeproblema comotransportarosservios jcriadosparacomputador tela dos telefones celulares.Comobjetivode facilitareste processoestosendocriadospadres comooShortMessageServices(SMS),AnyWebeWirelessApplicationProtocol(WAP). OWAPrecebeuapoiodaEricsson,Nokiae Motorola,contandocomaadesodegigantes dosoftwarecomoIBMeMicrosoft.OWAPreneumambientedeaplicaeseum conjuntodeprotocolosdecomunicaoparadispositivossemfio.[39]Ossinaisda disseminaodestatecnologiajaparecemnoBrasil.Noinciode2000aNokiaea MotorolalanaramtelefonescelularesqueutilizamatecnologiaWAP.Almdesta tecnologiaoutratendnciadautilizaoda tecnologiasemfiotambmestpresentenestes novos celulares,que atravsde infravermelho permitemasincronizaoe comunicaodos dadosentre telefones, PCse impressoras[36], Apartirdeabrilde2000,entranaWebemversodefinitivaositePageMe (www.pageme.com.br),umportalvoltado tecnologiasemfioquepretendeseropontode partida parao acesso Webviacelulares, pagerse computadoresdemo. 25 OsiteestemfaseexperimentaldesdeDezembro.Inicialmenteestesiteutilizaa tecnologiaSMSparaenviarpequenasmensagensdaWeb,comoe-mails,dicasculturaise cotaes,paraosaparelhosmveis.ComachegadadatecnologiaWAPserviosmais amplos e de maiorvaloragregado voser possveis,como homebanking,reservasdevos, diriasde hotis e investimentosonline.[31] 2.6.3Redeslocais sem fio Considerandotodasasvantagensexistentesnautilizaoderedessemfio,a explosodevendasdestemercado,previstoparaadcadade90,nuncarealmente aconteceu.Arazoparaestecrescimentolentopodeserjustificadapordoismotivos: preosaltoseafaltadepadronizaonomercado.Estesfatorescriamummercado desfavorvel,porquealmdoaltocustodeimplantaodestessistemas,a nicaalternativa era a adoo desolues de hardwaree software proprietrias. Pararesolveresteproblemadomercado,emMaio1991umgrupodepessoas lideradosporVictorHayes,submeteuumprojetoaoIEEE(.Institute forElectricaland ElectronicEngineers)paraacriaodogrupodetrabalho802.11.Estetrabalhodurou quase todaadcadade90 gerandoem Junhode1997 odocumentodefinindo padrespara redes locaissemfio(WLANs). Aexistnciadestepadrofinalmenteasseguraaosusuriosapossibilidadede comprarprodutosinteroperveisde vriosfornecedoresdiferentes paramontarouexpandir a rede.Issofaz com que a competioaumentee consequentementeos custosdiminuam. 26 2.7Futurodo mercadosem fio Afalta deumacoberturauniversalograndefatorqueestretardandoousomais difundido de servios de dadossem fio. Muitoem breve,graass plataformas digitais,que explorammeiosdetransmissosemfio,padronizadoseabertos,aspessoaspassaroa utilizar um nicomeio,identificado porums nmero,paraenviare recebermensagensde dados, voz e imagem.Issoserpossveldevidoconvergnciade trsdiferentesindstrias, telecomunicaes,informticaeteleviso.Demaneiraaincentivarodesenvolvimento dessaindstriamultimdia,em1994criou-sea GII(Global InformationInfraestructure).A GIIcompetepromoveraimplantaodasuperinfoviadacomunicaobaseadanos seguintesprincpios: - todos os serviosseroconcentradosem uma rededigitalnica; -a capacidadede transmissoser abundante;e - osservios oferecidos seropessoais. Essarededigitalserdiversificadaefragmentada,comelevadograudecompetio (fibra/semfioesatlite/cabo),sustentando-seemplataformastecnolgicasabertas.A propostadaIMT-2000forneceracessowirelessinfra-estruturaglobalde telecomunicaes,medianteunificao dospadresadotadosemsistemasmveiscelulares em umanicainfra-estrutura derdio,provendo,aomesmotempo,serviosdevoz,dados ebandalargaparaamultimdiacomroamingglobal.Entreosdiversospadres tecnolgicosdearquiteturade redeeinterfacearea,oquemelhoratendeosrequisitosdo IMT-2000 o W-CDMA( WidebandCode DivisionMultipleAccess). AfusodastendnciasGileIMT-2000darorigemaumaredemundialsemfio digitaldealtacapacidade,viasistemamvelcelular.Eindependentementedomeio utilizadopara transportarosinal -viafibra,satliteou infra-estrutura semfio. Paraas residnciasocrescimentodomercadosemfioacontecernaconstruodas infra-estruturasaseremutilizadaspelasnovasoperadorascomo,porexemplo,natelefonia fixa,atravsda utilizaoda tecnologiaWLL( WirelessLocalLoop)lanadaemDezembro de1999 pelaoperadora VsperemSo Paulo[35],[29] Jexisteoqueestsendochamadodecelulardeterceiragerao,comalguns aparelhoslanadosnaEuropa.EstecelularpermitenavegarnaWeb,consultarasuaconta bancria,receberinformaesegravarmsicasnopadroMP3.Acaracterstica fundamentaldocelulardeterceirageraoasuamaiorcapacidadedetransmissode dados.Emvezdeacessara Web velocidadede19,6kbps,esta terceirageraotrabalhaa 384kbps e, nossistemasque utilizamWLL{WirelessLocalLoop),2megabits/segundo. NoBrasil,aindstriaaguardaasregrasparaaentradadeumnovocompetidorno segmento,conhecidacomobandaC.OassuntosobreachegadadoPCS(Personal CommunicationsSystem)temsidodiscutidopelaindstriaeeventuaisgruposinteressados emexploraroservio.AAgnciaNacionaldeTelecomunicaes(Anatel)deverdefinir aindaem2000aestratgianoapenasparaabandaC,masparaaterceirageraode telefoniacelular.Umaquestotcnica jfoilevantadapelaindstriaepeloCDG(CDMA DevelopmentGroup).ComeapelafreqnciadeoperaodabandaC.Aagnciatem duasopes:1,8 GHzou1,9 GHz.O PCSoperaem1,9GHznosEstadosUnidos,Canad, Chile,Argentina,Mxico,Peru,UruguaieVenezuela.NaEuropa,essafaixaserutilizada 28 pelossistemasde terceiragerao.EqualseromodelodoBrasil?Empresriosdefendem queoBrasildeveriaseguirocaminhodosdemaispases,ouseja,1,9GHz.Alegamqueo roamingdoserviopoderiaserfeitosemmaiorescomplicaeseamigraodasegunda paraaterceirageraonoseriatocara.Aindstriajdesenvolveuinfra-estruturae aparelhosnafaixa1,9 GHznos trspadresdigitais:TDMA,CDMAeGSM.Istosignifica que possvelaumentara escalade produoe baratearo custo parao usurio final jquea indstriatemequipamentoseaparelhosdualband.Nocasodafreqnciade1,8GHz,a opode tecnologiadisponvel oGSM,que no usada no Brasil.[33] A tendncia dequeas telecomunicaesadotemumsistemapessoalsemfio,com amplagamadefreqnciasalocadas,capazdeproverumconjuntodeserviosde comunicaocomelevadacapacidadedetransmissoeaplicaesmultimdia.Um conjunto de servios que jse convencionachamarde infocomunicaosemfio. 29 3.PESQUISASNAREA 3.1Introduo Ossistemascelularesmodernosutilizamumaestaobasequecobreumaregio geogrfica especfica, chamadaclula.Os problemasaparecemna decisodequandotrocar deumaclulaparaoutra, namanipulaodainterfernciaentreasclulasenalocalizao dousurio.Mesmocomestesproblemascomplexos,acomunicaosemfiotemumfuturo lucrativoe garantido.Caractersticascomoaliberdadedecomunicar/movereacapacidade delevaracomunicaoparalocalidadesremotasfazemcomqueestatecnologiasejaparte importanteda nossasociedade. 3.2 O Sistema ALOHAdaUniversidadedoHava Foioprimeirosistemadecomputadoresaempregaratcnicaderadiodifusono lugardecabospontoa ponto.Nadcadade70,quandooprojetofoiimplantado,aslinhas telefnicasdisponveiseramcarasepoucoconfiveis.Haviaanecessidadedeinterligao desubredesda universidade,espalhadaspelas ilhas,aoCentro de Computaoprincipal. Acomunicaofoi realizadaatravsdainstalao,em cadaestao,de umpequeno transmissor/receptorderdioFM,comumalcancesuficienteparacomunicar-secomo transmissor/ receptordo CentrodeComputao. Oprojetofoirealizadodeumaformaquenoexistiacomunicaodiretaentre estaes,apenasdeumaestaoparaoCentrodeComputaoedesteparaumaestao. Foramutilizadasduasfaixas de freqncia: umaem 407.305MHzparao trfego nosentido 30 Centro-Estao,e outra em 413.475MHzparao trfego nosentidocontrrio.Atransmisso foi feita em9600bps. Afigura3.1apresentaos elementosbsicosdosistemaALOHA. Terminal Antena c D - d ^c D - O ^^-Repetidor] TT-UJ^L,C1 Unidade de Controle i k y ^ '^ ^ v^71 \/ Instalacao -hhhh Central MenelnnK BCCSCOljIiIBM370/158 AKPAHETPACNET Figura3.1 ElementosbsicosdosistemaALOHA Nainstalaocentralencontra-seumcomputadorchamado Menehunequemanipula todososdadosrecebidosou transmitidos.O Menehuneestconectadoaindaaoutrosdois computadores(BCC500e IBM370/158)easredesARPANETe PACNET.Cadaestao possui uma unidadede controleque armazenadadose faz asretransmisses. Tempo Estao A DadosTX EstaoB DadosTX n Transmisso OK Coliso Figura3.2 Colisona TransmissodoSistemaALOHA 31 OmtododeacessoutilizadonaredeALOHAsimples.Cadaterminalspode ouvirocanalde transmissodocomputadorparao terminal,notendocondiesdesaber seooutrocanalestsendoutilizadoporoutroterminalouno.Quandoumterminaltem umpacoteparatransmitir,estepacotetransmitido,independetementedeocanalestar sendoutilizadoouno.A tcnicadedetecodecolisorealizadapelodisparodotimer na transmissodamensagem.Se umpacotedereconhecimentonotiverchegadoaofinal datemporizao,opacoteoriginaldeveserretransmitido.Ointervalodetemporizao aleatriode forma a reduzira probabilidadede novacoliso depacotes. Recebe ACK Transmisso Dados para TX TX Recepo Envia ACK Time-out Erro Figura3.3 Diagramade Transmissoe Recepodo sistemaALOHA 3.3 reasdePesquisana Computaosem fio Acomunicaosemfiomuitomaisdifcildeconseguirdoqueacomunicao comfioporqueoambientetemumagrandeinfluncianosinaldacomunicao,exemplo: bloqueiosnosinal transmitido,ocorrnciade rudose ecos na transmisso.Porestemotivo, 32 quandocomparadacomcomunicaoqueusafios,astransmissessemfiotemmenor velocidadedetransmissoeumamaiorfreqnciadeerros.Almdisso,acomunicao semfiotemoutrosproblemasquandoutilizadaemequipamentosmveis.Estes equipamentospodemsairdareadeabrangnciadostransmissores,ouentraremreasde altainterferncia,gerandoaperdadacomunicaoouadegradaodosinal. Diferentementedasredescomfio,onmerodeusuriosconectadosaumaredesemfio podevariardinamicamentedentrodeumclula,comoporexemploaconcentraode muitosusurioscomequipamentossemfioemumcongressoou umafeira.Issopodegerar picosquesobrecarregamarede.Apossibilidadedousuriosemovimentarenquantoest conectadoredeaumentaacomplexidadedealgumasinformaes.Algunsdados, consideradosfixosemredescomfio,comoendereonaredeounomedoservidor,passam aserinformaesdinmicas,obrigandoaredeamodificarouprocurarpornovas configuraesenquantoousuriosemovimenta,porexemplo,umnovoendereoderede ou o nome doservidor maisprximo. Existemaindamuitosproblemasaseremresolvidosnareadecomunicaosem fio,comoporexemplo:ocorrnciadefreqentesdesconexes,avelocidadena comunicao,grande variaonacapacidadede transmisso,redesheterognease osriscos desegurana.Almdestesproblemas,existemoutrosrelacionadosdiretamenteos equipamentosquese beneficiamdestetipodecomunicao,comoporexemplooproblema damobilidade(migraodeendereoeinformaesdependentesdelocalizao)ea portabilidadedestesequipamentos(Low Powereriscodosdados).[17] 33 3.3.1Desconexo Hojeoscomputadoresdependemmuitode umaconexoaredeparafuncionarcom todasassuascaractersticas,comoocorreioeletrnico,aInterneteacessoaobancode dados.Comoas perdasdeconexosomaisfreqentes quandoutilizadoredessemfio,a dependnciadoprpriosistemaoperacionaldisponibilidadedoacessoaredese tornaum problema paraestescomputadores. Umaalternativaparatrabalharcomesteproblemagastarosrecursosdaredena tentativade prevenirasdesconexes,ouaoinvsdissoconsiderarqueestesproblemasso inevitveisecriarsistemasqueconseguemconvivercomestetipodeproblema.Quanto mais autnomoosistema,mais toleranteeste sistemaser aocorrnciadedesconexes.Por exemplo,umaaplicaopodereduziranecessidadedousoderedeseexecutaramaior quantidadedetarefaslocalmentedoquedistribuiraaplicaonarede.Emumambiente ondeocorremdesconexesfreqentes,importantequeocomputadortenhaautonomiae consiga trabalharfora da conexode rede. Emsistemassemfiomuitasvezespossvelqueproblemascomoalatnciana transmissodasmensagensourpidasdesconexessejamminimizadosatravsda utilizaodeoperaesassncronas.Diferentedofuncionamentodaschamadasremotas sncronasaosprocedimentos,ondeosistemaaguardapelarespostaantesdecontinuaro processamento,autilizaodeoperaesassncronaspermitiroaosistemaexecutaruma sriedechamadasantesdeaguardarporumaresposta.Damesmaformaautilizaode tcnicascomo prefetchingelazy write[10]permitemqueosistemacontinuefuncionando, ouousuriocontinuetrabalhando,semanecessidadedequetodasasoperaes 34 dependentesdos recursosda rede tenhamqueaconteceremtemporeal.Adesvantagemdo usodestastcnicasapossibilidadedemascarareventuaisproblemasnarede.Porisso,o sistemanopodedesconsiderartotalmenteapossibilidadedeproblemasnarede.Quando ocorrerumafalhaosistemapodeinformaraousurioquaisosserviosestaro indisponveisat que o acessoa redeseja recuperado. 3.3.2Largura deBanda Osequipamentos/sistemasqueutilizamredessemfioprecisamconsideraremseu projetoalarguradebandautilizadaduranteoseufuncionamento,procurandoreduzirao mximoanecessidadedetransmissodedadosnarede.Diferentedossistemacomfio,a velocidadedamaiorpartedasredessemfio,comoporexemploIMbpsparacomunicao infravermelha ou2Mbpsparacomunicaoporrdio, muitoinferior acapacidadedeuma redecom fio que, por exemplo,em uma rede Ethernetpodeser de10 ou100Mbps. Seforconsideradaumaredesemfioutilizadaporusuriosmveis,outrofatorque teminfluncianacapacidadedetransmissodaredeestrelacionadoaquantidadede pessoasquearedeprecisaatenderemumadeterminadarea.Redesparaatenderusurios mveis utilizama mesmaestratgiada telefonia celular,ondeareadeabrangnciadarede divididaentrevriostransmissorescadaumsendoresponsvelporatenderumusurio dentrode umaclula.Se umaquantidademuitograndede usuriosseconcentraremdentro deumamesmaclula,estarsendodivididaentreelesacapacidadedetransmissoda clula. Umaforma deaumentara capacidadedaredeatravsdainclusode maisclulas. Issopodeserfeitoatravsdasobreposiodeclulascomdiferentesfreqnciasouna 35 diminuiodapotnciade transmissode umaclula,reduzindoasuareadeabrangncia, pormpermitindoque mais clulaspossamexistirdentrode umadeterminadarea. Aescalabilidadedaprimeiraalternativa(mltiplasfreqncias)restritapoiso espectroeletromagnticodisponvelparausopblicono muitogrande. Jasegundaalternativa(reduodapotncia)amaisutilizada,porqueoscustos associadosaestasoluoserestringemapenasaoaumentodonmerodetransmissores paraatenderumarea.Almdissoexisteumarelaoentrelarguradebandaereade cobertura,ondeostransmissores/receptoresquefazemacoberturadeumareamenor podematingir umamaiorlarguradebanda. Paradiminuiroproblemarelacionadoalarguradebandapossvelutilizar estratgiasdesoftware,comoporexemploacompressodosdadosantesdetransmiti-los. Comoautilizaodaredepossuimuitosmomentosdepico,ondearedeoscilaentre instantesde ociosidadee dedemandasuperiora capacidadeda rede,pode-se minimizareste tipodeproblema utilizandoas tcnicascomo prefetchingelazy-write,mencionadonoitem desconexo, jque o problemade picosde transmissonaredese assemelhamaoproblema dadesconexo. possvelcombinarassoluesdehardware/softwareapresentadasaoutras medidas,oupolticas,duranteautilizaodarede.Porexemplo,operaesdebackup podemacontecerapenasduranteosperodosdeociosidadedaredeouoenviolentodas mensagensde correioeletrnicoaosseususurios. 36 3.3.3Grande Variabilidadena Largura daBanda Muitas vezesos equipamentosque utilizamcomunicaosem fio tambmpermitem aousurioseconectaraumaredecomfio.Estapossibilidadetemconseqnciasparaas aplicaespoiselaspoderoserutilizadasemsituaesdemaior(redecomfio)emenor (redesemfio)larguradebanda.Paratratardesteproblema,asaplicaespodemutilizar trstcnicasdiferentes.Aprimeiraconsisteempermitirautilizaodaaplicaoapenas quandoexistelarguradebandasuficiente.Asegundaodesenvolvimentodaaplicao considerandoapenasaexistnciadepoucalarguradebandae,seumamaiorlargurade bandaestiverdisponvelaaplicaodesconsideraasuaexistncia.Porfimaterceira alternativafazercomqueaaplicaotenhanveisdefuncionamentoquesoativados automaticamentereduzindoouaumentandoo nmerodecaractersticas/detalhesaousurio conforme a largurade bandadisponvel. 3.3.4RedesHeterogneas Redessem fio parausuriosmveis precisamtratardealgumaforma oproblemada existnciadediferentes tiposderede,quepodemvariaremqualidade,tipodeinterfaceou protocoloutilizado.Porexemplo,aqualidadedeacessoaredesemfiopodesermelhorem umasalade reuniesdoque oacessodisponvelenquantoousurioestsemovimentando narua.Duranteasuamovimentaoousuriopoderestaremumareaondepossvel acessoamaisdeumtransmissor/receptoroperandoemdiferentesfreqncias.Epossvel queenquantoo equipamentosemfioestejafisicamenteconectadoa umarede,elecontinue tendoacessoaumaredesemfio.Outrapossibilidadeocorrequandoousurioest utilizandooseuequipamentodentrodeumareafechadaquedisponibilizaaosclientes 37 mveisumainterfaceinfravermelho.Seestemesmousuriocontinuarnecessitandode acessoaredeenquantoestiveremumambienteaberto,umoutrotipodeinterfacedever serdisponibilizadapoisacomunicaoporinfravermelhonofuncionacorretamente quandoexisteainterfernciadaluzdosol.Agora,mesmoqueousurioestejautilizando rdiofreqnciapodesernecessrioumamudanadeprotocolodecomunicaoquando passardacoberturacelularemumacidade,paraumacoberturaporsatliteemumpas. Estamisturadetecnologiaseprotocolosfazcomqueasredesquesuportamusurios mveissejam mais complexasqueas redestradicionais. 3.3.5Riscos deSegurana Seguranaumaspectoimportanteemqualquertipoderedeenormalmente tratadaemdoisnveis:atravsdepolticasdeacessoesegurananatransmissodas informaes. - Polticasde acesso:direitosde acesso,domnios,gruposde usurios,entre outras. -Segurananatransmissodasinformaes:evitarqueatransmissoseja capturadase visualizadasporequipamentos/pessoasnoautorizadas. Estesdoisaspectossoaindamaisdifceis deseremtratadosporredessemfio.Por exemplo,aspolticasdeacessodevempermitirusuriosmveisqueestoforadoseu domnio(untrustedusers),porexemploem umcentrodeconvenes,acessemimpressoras prximas,pormnotenhamacessoarecursosqueapenasosfuncionriosdaquelelocal tmdireito.Quantoatransmissodosdadosnasredessemfioexisteoagravanteda facilidadedeacessoasinformaestransmitidas,principalmenteemredessemfiode grandeabrangncia.Comonopossvelimpedirquepessoasnoautorizadastenham 38 acessoasinformaestransmitidas,necessriotrabalharcomalternativasqueimpeam queasinformaes transmitidaspossamsercompreendidaspelosusuriosquenotenham direitodeacessoaestarede.Issopodeserfeitoutilizandotcnicasdecriptografiaem softwareouemhardware,comoporexemploousodetransmissesusandoatcnicade espalhamentoespectral{spreadspectrum). 3.3.6Migrao deEndereo Enquantoaspessoassemovimentam,osseusequipamentosutilizamdiferentes pontosdeacesso.Asredesatuaisnoestopreparadasparaamudanadinmicano endereosdas estaes.NoprotocoloInternet(IP) os nomedoscomputadoresna redeesto associadosaosrespectivosnmerosIP.Movimentarumequipamentoparaumoutrolocal normalmenterequeraintervenohumanaparaamodificaodoseunmeroIP.Paraser possvelse comunicarcom umequipamentomvel necessriosaberqual oseuendereo atual.Existemquatromecanismosbsicosparadeterminaroendereoatualdeum equipamentomvel:difuso(broadcast),servioscentralizados,homebasiseforwarding pointers.Estes mecanismossoa base da propostaparaa existnciade IPmveis. 3.3.7DifusoSeletiva Nomtododadifuso (broadcast), umamensagemenviadaatodasasclulasda rede,perguntandoao equipamentomvelqualoseuendereode redeatual.Esta tcnicase torna muitocarase oseuuso for freqente em umagranderede(muitasclulas),entretanto se a redesabe que provavelmenteo usurioest localizadodentrode umpequenoconjunto declulasdestarede,adifuso podeserfeitadeformaseletiva,considerandoapenaseste conjunto de clulas. Destaforma a tcnicada difuso passa a servivel. 39 3.3.8 ServiosCentrais Nestemtodooendereoatualdeumaestaomantidoemumbancodedados logicamentecentralizado.Cadavezqueoequipamentomudaoseuendereoeleenviado aestebancodedados.Mesmosendoestebancodedadoslogicamentecentralizadoas tcnicasdedistribuioereplicaode bancodedadospodemserutilizadasparamelhorar a disponibilidadee o tempode respostapara o acessoa estas informaes. 3.3.9HomeBases Nestatcnicaexistediversosservidores,cadaumresponsvelpelocontroledeuma estao.Alocalizaodaestaoconhecidaporapenasumdestesservidores.A distribuiodaresponsabilidadedecontroledasestaesgeraoproblemada disponibilidade.Se umdestesservidoresestiverindisponvelnoserpossvelencontraras estaes que estosobseucontrole. 3.3.10 TransfernciadePonteiros Nestemtodoacada vezque umaestaomudeoseuendereo, umacpiadoseu novo endereo colocado no endereoantigo.Cada mensagemenviadasegueportantouma cadeiadeendereosatchegarnaestaodesejada.Deformaaevitaraotempogastono roteamentodemensagensporlongascadeiasdeendereos,osponteirospodemser atualizadospararefletirendereosmaisrecentes.Estatcnicarequeraexistnciade entidadesativasnosendereosutilizadospelasestaesmveis,poisestasentidadessero responsveispelo envioda mensagemparao endereoatualmenteocupadopelaestao. 40 3.3.11 InformaesDependentesdeLocalizao Umaredecomfionoesperaqueosseusequipamentostroquemdelugar freqentemente.Porestemotivoaconfiguraodasinformaesquedependemdasua localizao,porexemploonomedoservidoroudasimpressorasprximas,soestticos. Umdesafio paraas redessemfioquepermitemqueosseuusuriossemovimentemdentro deumgranderede,conseguirobterdeformainteligenteestestipodeconfiguraode acordocom o localque o equipamentoseencontra. Almdesteproblemadeconfiguraodinmica,osusuriomveisprecisamde outras informaes que esto relacionadasasua localizao,comoporexemploondeest o postode gasolinamaisprximo. 3.3.12 LowPower Abateriaumdoscomponentesexistentesnosequipamentosmveisresponsvel emgrandeparteporseupesoetamanho.Enquantoareduodopesodabateria importante,essareduonopodeinfluenciaroautonomiadoaparelho.O balanoentreo tamanho,pesoedurabilidadedabateriatemgrandeinflunciasobreautilidadedo equipamentomvel. 3.3.13Risco para osDados Utilizarequipamentosportteisaumentao risco quantoa seguranadasinformaes como os acessos noautorizadosouatmesmoosacidentescomestesequipamentos.Estes riscospodemserdiminudosatravsdareduodaquantidadedeinformaoessenciais guardadasdentrodestesequipamentos,ouentoqueestasinformaessejam 41 automaticamentecopiadasemformadebackupemservidoresdestarede.Sobrea seguranacontraacessosnoautorizadosaestasinformaes,importantequeo equipamentosomenteguardedadoscriptografadosemseudiscorgidooucartode memria. 3.3.14 A ConfiabilidadenaTransmisso A transmissodepacotesdeumaredesemfionoumaoperaoconfivel.Esta menorconfiabilidadecriaalgunsproblemasdeperformancenacamadadetransporte.De forma a transformar o meio"maisconfivel" paraos protocolosdacamadade transporte,a formausualdetrataresteproblemaincluirretransmissesnoMACdeacordocoma propostado padro IEEE para redessemfio802.11. Parapacotesdotipobroadcastemulticast,oproblemaaindapior.Acamadade transportenopodeincluirqualquermensagemdereconhecimentodevidoaonmero indefinidodereceptoreseasdiferentescondiesnarecepo.Porissotcnicas alternativasprecisamserutilizadasparaoreconhecimentoearetransmissodestetipode mensagenspelo MAC.[20] [19] 3.4 EspecificaoBluetooth BluetoothumaespecificaoquedefinecomoPCs,celulares,eoutros equipamentosportteispodemtrocarinformaesentresi.Estepadroestbaseadono conceitodeWPAN(WirelessPersonalAreaNetwork)queporsuavezestbaseadono conceitodePOS(PersonalOperatingSpace).POScompreendeumareade aproximadamente10 metrosao redorde uma pessoa.[23] 42 Comoobjetivodeestudaranecessidadedepadrescomplementaresvoltadosa conectividadededispositivosdebaixoconsumoqueestodentrodareaabrangidapela POS,oIEEE802.11montouumagrupodeestudoWPAN.Oresultadodesteestudofoia criao,em Marode1999, de umnovogrupo de trabalhochamadoDEEE 802.15.[21] Osestudosparaaaplicaodestatecnologiadecomunicaodebaixoalcancee baixocusto,quesopropostaspeloBluetootheestodeacordocomoIEEE802.15, incluem: -Criaodeumaredesemfioligandoosequipamentosdisponveisnoescritrio, comoPCs,Notebooks,celulares, pagerse palmtops.Todoscomosseusdadosdeagenda, compromissos,mensagense arquivossincronizados. -Acessoainformaespessoais(comocorreioeletrnico)apartirdepontosde acessodisponveisemaeroportosoucentrosdeconvenes. -Compartilhamentodeperifricos,comoporexemploautilizaodeuma impressorapblicadisponvelemumcentrodeconvenes,oudentrodaumareade exposiode uma feira. -Ligaodeeletrodomsticos.Exemplo:ofornodemicroondasutilizaateleviso para avisarque a refeio estpronta. 43 4.MODELOPROPOSTO 4.1Introduo Paraaapresentaodeumapropostaqueviabilizeodesenvolvimentodeumarede semfioprecisodefiniroobjetivoaseralcanadoequaissoasrestriesimpostas soluo. -Objetivoaseralcanado:viabilizaotcnicaeprticadacomunicaosemfio entre microcomputadoresqueseja transparenteaodesenvolvedor. -Restries:paraamontagemdoprottipoestodisponveisdoiscomputadores comWindowsinstalado,dois rdiosTEKK2W450a 470MHze duas placasserial padro Baycom(BAY96_V2). Paraalcanaroobjetivonecessrioaexistnciadeummodeloderefernciaque apresenteumcaminhovivelparaasoluodoproblema.Foiutilizadocomorefernciao modeloOSIeopadroIEEE802.Apropostaderedesemfionestadissertaoparaa plataformaWindows,porestemotivoomodelode refernciaprecisaserconfrontadocom modeloderededoWindows.Estacomparaotercomoresultadoaarquiteturada soluo. 4.2Modelodereferncia Asredessemfiorealizamfunessemelhantesasredesqueusamcabos,como EthernetouTokenRing.Parapermitiratransfernciadeinformaesentreos computadores,de forma geralas redes necessitamdosseguintescomponentes: - Meioque disponibilizeo canal paraa passagemdosdados. 44 -Tcnicasdeacessoaestemeioqueotimizemocompartilhamentodestecanal pelasestaes. -Mecanismosdesincronizaoecontroledeerrosqueassegurematransmisso corretadosdados. -Mecanismosderoteamentoquetransferemosdadosdaestaodeorigemparaa estaodestinodesejada. -Asaplicaesdousurioquerealizamatrocaouocompartilhamentodedados atravsdarede. Existeumgrandenmerodealternativasparaaimplementaodoscomponentes queforamlistados,comoporexemplovriosmeiosdiferentesdetransmisso,tcnicas diferentesparaocontrole/compartilhamentodocanal,tratamentosdeerros,protocolose aplicativosdeusurio.Etarefadosistemaoperacionalgerenciartodasestasalternativase ofereceraodesenvolvedordosistemaumainterfacenicaeconsistente,propiciandouma independnciaaodispositivo. A transparncianoacessoaredesemfiotersidoatingidaquandoforpossvelao programador,duranteodesenvolvimentodoseusistema,acessarosrecursos disponibilizadospelaredesemfiosemutilizarcomandosoubibliotecasespeciais,apenas aschamadasdisponveisnaAPI(Application ProgramInterface)dosistemaoperacional. Esta idiaestapresentadanafigura4.1. 45 Aplicaes SistemaOperacional Mdulode Rede Mdulode Comunicaosem Fio Rdio Figura 4.1 Usandoo SistemaOperacionalparadisponibilizaracesso transparentea redesemfo Paraquesejapossvelincorporararedesemfionosistemaoperacionaldeforma transparenteao programador, necessrioidentificar naestruturadestesistemaoperacional quaissooscomponentesresponsveispelaindependnciadodispositivoderede[11], Existepadresinternacionaisquedefinemcomoacamadaderededosistemaoperacional deveserorganizada.apresentadonositensaseguiromodeloOSI(ISO)eopadrodo IEEEpara redeslocais. 4.2.1O modeloOSI Em1984aISOdesenvolveuummodeloderefernciachamadoOSI(OpenSystem Interconection)quedescreveofluxodedadosentreasaplicaesdousurioea rede.Este modeloomaisconhecidoeutilizadoparadescreverosambientesderede[2],[4],[3]e [9]. 46 Camadas Usurio AUsurio B 7 -AplicaoProtocolodeAplicaoAplicao 6 -ApresentaoProtocolode Apresentao->Apresentao 5 -SessoProtocolodeSessoSesso 4 -TransporteProtocolode Transporte->Transporte 3 -RedeProtocolode Rede->Rede 2 -EnlaceProtocolode EnlaceEnlace 1 -FsicoProtocolode FsicoFsico 4.2.2 O PadroIEEE802 EmFevereirode1980foi institudoocomitIEEE802comoobjetivodeelaborar padrespararedeslocaisdecomputadores.Estemodeloestdeacordocomamaioriadas camadasrepresentadasnomodeloO SI,adiferenaqueopadroIEEE802preferiu detalharmelhoracamadadeenlace,definindoumaarquiteturaem3camadas.Estas camadascorrespondemaos nveis1 e 2 do modeloOSI[2], [4], [3] e[9], 47 OSIIEEE 802.1 EnlaceLLC802.2 MAC FsicoPHY802.3 CSMA/CD 802.4 Token BUS 802.5 Token Ring 802.6 DQDB Figura4.2 ModeloOSI x modeloIEEE OprojetoIEEE802dividiuacamadadeEnlaceemduassubcamadas:LLC {LogicalLinkControl)eMAC{MediaAccessControl).OpadroIEEE802.1um documentoquedescreveorelacionamentoentreosdiversospadresIEEE802eo relacionamentodelescomomodeloderefernciaOSI.OIEEE802.2descrevea subcamadasuperiordonveldeenlace,responsvelpelarealizaodasfunesde multiplexao,controlede erro e defluxonoenlacepara todosos tiposde LANsdopadro IEEE802. -IEEE802.3:define opadropararedesem barrausandoCSMA/CDcomo mtododeacesso,comoredes Ethernet.Aceita velocidadesde10,100e1000 Mbps emeioscomopar tranado,cabo coaxiale fibra tica. -IEEE802.4:defineopadropararedesembarrausandopassagemde permissocomomtododeacesso. -IEEE802.5:defineopadropararedesemanelutilizandopassagemde permissocomomtododeacesso. 48 -IEEE802.6:defineopadropararedesembarrautilizandooDQDB {DistributedQueue DualBus)como mtododeacesso. 4.2.3O padroIEEE802.11 Comaproliferaodasredessemfioumanovaespecificaofoiacrescentadaao padro IEEE802. 802.1 LLC '"V/'.;802.2 MAC PHY802.3 CSMA/CD 802.4 Token BUS 802.5 Token Ring 802.6 DQDB 802.11 Wireless Figura4.3 Padro 802.11acrescentadoaoIEEE Estepadroabrangeumavariedadedemeiosfsicos,incluindoFHSS{Frequency HoppingSpreadSpectrum),DSSS{DirectSequenceSpreadSpectrum)einfravermelho para velocidadesde at 2 Mbps. LLC MAC FrequencyDirectInfrared HoppingSequenceLight PHYPHYPHY Figura4.4 Meiosfsicosabrangidospelopadro802.11 4.2.4IEEE 802.11 WirelessLocal AreaNetwork OIEEE802.11especificatrscamadasfsicas(PHY)eapenasumasubcamada MAC{MediumAccessControl).Comoapresentadoaseguir,opadroprovduas 49 especificaesdecamadasfsicascomopoparardio,operandonafaixade2.400a 2.483,5MHz,quedependedaregulamentaodecadapas,eumaespecificaocom opo para infravermelho. -FrequencyHoppingSpreadSpectrumRadioPHY:Estacamadafornece operao1 Mbps,com2Mbpsopcional.Aversode1Mbpsutiliza2nveisda modulaoGFSK(GaussianFrequencyShiftKeying),eade2Mbpsutiliza4 nveisdamesmamodulao; - DirectSequenceSpreadSpectrumRadioPHY:Estacamadaproveoperaoem ambasasvelocidades(1e2Mbps).Aversode1Mbpsutilizadamodulao DBPSK{DifferentialBinaryPhaseShiftKeying),enquantoqueade2Mbpsusa modulaoDBPSK{DifferentialQuadraturePhaseShiftKeying), -InfraredPHY:Estacamadaforneceoperao1 Mbps,com2Mbpsopcional.A versode1Mbpsusamodulao16-PPM{PulsePositionModulationcom16 posies),e a versode 2 Mbps utilizamodulao4-PPM. Noladodaestao,asubcamadaMACfornece osseguintesservios:autenticao, privacidadeetransmissodaMADU(MACSublayerDataUnit),e,noladodo sistemadedistribuio,aassociao,desassociao,distribuio,integraoe reassociao.Asestaespodemoperaremduassituaesdistintas: -Configurao Independente:Cadaestaose comunicadiretamenteentresi,sem anecessidadedeinstalaodeinfraestrutura.Aoperaodessaredefcil,masa desvantagemqueareadecoberturalimitada.Estaescomessaconfigurao esto noservioBSS(BasicServiceSet); 50 -ConfiguraodeInfra-estrutura:Cadaestaosecomunicadiretamentecomo pontode acessoquefaz partedosistemadedistribuio.Umpontodeacessoserve as estaesem umBSSeoconjuntode BBSchamadode ESS(ExtendedService Set). Almdestesservios,opadroIEEE802aindaofereceasfuncionalidadesde roamingdentrode um ESS{ExtendedServiceSet)e gerenciamentodoconsumodeenergia. DentrodogerenciamentodeenergiaoIEEE802permitequeasestaesdesliguemseus transceptores,economizandoparte da energiaconsumidapeloequipamento.O protocoloda subcamadaMACoCSMA/CA{CarrierSenseMultipleAccesswithCollision Avoidance).[49] 4.2.5Topologia Opadro802.11suportadois tiposde topologas:IBSS{IndependentBasicService Set)e ESS{ExtendedServiceSet).Estasduas topologasutilizamcomobaseoconceitode BSS{BasicServiceSet),quedefineumareaondeasestaespermanecemconectadas. UmaestaoestarlivreparasemovimentardentrodoBSS,deixandodesecomunicar com as outrasestaesquandodeixara rea compreendidapeloBSS. 4.2.5.1IBSS UmaredeIBSScompostadepelomenosdoiscomputadoresemumnicoBSS. Neste BSS no existe infraestrutura que ligue o BSSa outras rede. 51 SXBSS EstaoA) Figura4.5 EBSS o tipomaisbsicode rede semfio802.11 4.2.5.2ESS Um ESSconsisteem mltiplasclulasinterconectadasatravs de pontosdeacessoe uma infraestrutura de distribuio,como porexemploEthernet. Figura4.6 ESSsatisfaza necessidadedasredesde grandeabrangnciae maior complexidade 4.3 ArquiteturadeRededoWindows Mesmonoseguindofielmente opadroOSI possvelfazerumparaleloentreas camadas propostaspelomodeloOSI e a arquiteturade rededaplataforma Windows,figura BSS1 Ponto de Acesso Ponto de Acesso Sistema de Distribuio BSS2 4.2[7], 52 Aplicao Sist.de Arquwos TDI~ Streams TCP/IP NetBEUI DLC NDIS 3.0' Aplicao Apresenta Sesso Transporte Rede Enlace MAC Fsico Figura 4.7 ModeloOSIe a arquiteturaderededoWindows OsdriversderededaplataformaWindowsimplementamosprotocoloseas interfaces das primeirasquatrocamadasdo modeloOSI. AcamadafsicaacamadamaisbaixadomodeloOSI.Estacamadaresponsvel pelarecepoepelatransmissodeconjuntosdebitsnoestruturadosatravsdomeio fsico.Acamadafsicadescreveasinterfaces eltricas,ticas,mecnicasefuncionaispara omeiofsico.Acamadafsicalevaossinaisparatodasascamadasmaisaltasdomodelo OSI. NoWindows,acamadafsicaimplementadapeloNIC(.Network InterfaceCard), oseutransmissor/receptore omeioaoqualestconectado.Paracomponentesderedeque utilizamaportaserial,acamadafsicapodetambmincluirosoftwareresponsvelpela 53 definiodecomooconjuntodebitsdivididoempacotesdedadosantesdeser transferidos pelaserial. Acarnadadedadosdivididaemduassub-camadas:LLCeMAC.Asub-camada LLCprovetransfernciasdedata-framesdeumpontoaoutrolivredeerros.Estasub-camadaresponsvelporestabelecereterminarlinkslgicos,controlandooframeflow, seqnciadepacotes,reconhecimentodepacoteseretransmissodepacotescom problemas.ALLCutilizapacotesdereconhecimentoeretransmissoparadisponibilizar uma transmissovirtualmentelivre deerros paraas demaiscamadasqueficamacima. Asub-camadaMACgerenciaoacessoaomeio,verificaodeerrosnospacotes, reconhecimentode endereosdos pacotes recebidos.Naarquiteturado Windowsas funes reservadasa LLCsoimplementadasnodriverdetransporte,enquantoaquelasreservadas aoMACsoimplementadasnoNIC.ONICcontroladoporumdriverdedispositivo chamado NICDriver. A camadaderedecontrolaaoperaoda subnet.Eladecidequalcaminhofsicoos dadosdeveroseguirbaseadonascondiesdarede,prioridadedosservioseoutros fatores.Issoincluioroteamento,controledetrfego,fragmentaoeremontagemdo pacote, mapeamentode endereos lgicos paraendereosfsicose contabilizaodo usoda rede. OobjetivodacamadadeTransporteassegurarqueasmensagenssoentregues semerros,naseqnciacorretaesemperdasouduplicaes.Elaretiradosprotocolosdas camadasmaisaltasapreocupaodaorganizaonatransfernciadosdadosentreas estaes.Acamadadetransporteresponsvelpelaimplementaodeumprotocolo 54 especficoderedecomoTCP/IPouIPX/SPX,sendoindependentedodispositivode hardware utilizadopela rede. NomodeloderededoWindows,aLLC,acamadaderedeeadetransporteso implementadasporsoftware em driverschamadosdeTransportDrivers. 4.3.1NDISDrivers Os driversde rede nosistemaoperacionalWindowssuportamcomunicaopontoa pontoeclienteservidorentreumnlocaleumnremotoemumaLANouWAN.Neste sistema operacional utilizadodrivers em umou mais nveisda rede parapassarpacotesde dadosefazerasnecessriastraduesde protocolo,permitindoumacomunicaolivrede erros entre os pontosde rede. User-Made Cfiert NetBIOS Emulator Usef-Mode DLL Sockets Emulator User-Mode DIL NetBIOS Emufetor Kemel-Mode Driver Sockets Emulator Kemel-Mode Driver Ko me t - Mo d eT DICf e n t ( I r c l u t f o gN TRe t f r a c t o r ) Trarapoit Dmw . IrtAifec* (TOI) LANProtocols Native Media Ane Protocol LA/VMedaType Native Media Ane Protocol NDISIntefmedate Native Media Ane Protocol Native MedaType NDISreport NetC&d Figura4.8 Componentesexistentesnaarquiteturaderede doWindows 55 O Windowssuporta trs tiposde driversde rede: - NIC Drivers(.Network InterfaceCard); - Intermediateprotocoldrivers; -Upper level protocoldrivers. 4.3.1.1NICDrivers NICdriversgerenciamdiretamenteaplacaderede.UmNICdrivermanipula diretamenteohardwareeforneceumainterfaceparaqueasdemaiscamadasdarede possamenviarpacotesde dados, manipularinterrupes,inicializarouparar a placaderede econfigurarascaractersticasdodriver.NaplataformaWindowsestesdriverspodemser do tipominiportoulegacy fullNICdriversqueomodeloantigodedesenvolvimentode driversde rede paraWindows. 4.3.1.2Intermediateprotocoldrivers Um Intermediateprotocoldriverfazainterfaceentreumdriverdenvelmaisalto, como umdriverde transporteantigo, para umdriver miniport.Para umdriverde nvelmais alto um Intermediatedrivertemamesmainterfacede umdriverdo tipominiport.Paraum driverdo tipominiportumintermediatedriverexportaumainterfaceigualaumdriverde protocolo.Um intermediatedriverpodese ligar a outrointermediatedriver. Umarazoparaodesenvolvimentodeumintermediatedriverseriaparafazera conversoentreumdriverdetransporteeumminiportdriverquegerenciaumaplacade redeparaumnovomeiodetransmisso.Porexemplo,umintermediatedriverpoderia traduzir umprotocolode LAN paraATM. 56 4.3.1.3Upper level protocoldriver Umupperlevelprotocoldriverimplementauminterfaceentreaaplicaodo usurioeascamadasderededoWindows.Oupperlevelprotocolpodeutilizaruma interface do tipoTDI,ouumainterface especfica para trocardadoscomas aplicaes.Um driverdeste tipoalocamemoriaparaos pacotes recebidosdas aplicaes,copiaestesdados daaplicaoparaopacotealocadoe enviaestepacoteparaosdriversdonvelmaisbaixo atravsdechamadasaoNDIS.Estedrivertambmforneceumainterfaceparao recebimentodepacotesdascamadasdenvelmaisbaixodarede,fazendoadistribuio destes pacotes para as suas respectivasaplicaesdousurio. User-ModeClientUserMode Level ProtocolDiriver PS: KernelMode NDIS TT NIC 4.4Componentes"deprateleira" Fazpartedoobjetivodotrabalhoautilizaodetecnologiasoucomponentesde prateleira.Ohardwareutilizadonoprojetopodeserenquadradonacategoria"prateleira" porservendidoemlojasespecializadas,normalmentevoltadasaprodutospararadio-amadores. 57 A procurapor umasoluoque oferece deforma transparentea redesem fio paraas aplicaesWindows,temcomoresultadoapossibilidadedeutilizarqualquerumdos ambientesdedesenvolvimento.existentesnestesistemaoperacional.Ouseja,no necessrioa criaode nenhumnovoambientededesenvolvimentoouuma novabiblioteca paraaprogramao. Redessemfiosofremcomaocorrnciadedesconexes,baixavelocidadede transmissoesegurana,problemassemelhantesaosencontradosemredesInternet.Por estemotivoosnavegadoresparaInternetpossuemrecursoscomotime-outparaacargade pginas,cacheparaareduonotrafegodedadosecomunicaousandocriptografia. Conforme mostradono itemanterior,a redesemfioserapresentadade formatransparente asaplicaesnosistemaoperacional.Aproveitandoestaliberdadedeescolhadosoftware, foioptadopelonavegadorcomoambientedeexecuodasaplicaesaserem desenvolvidasparaestarede.A escolhadonavegadornospermitequeodesenvolvedor desistemaspossaescolherqualquerambientededesenvolvimentoInternet,comotambm possaaproveitaros recursosde cacheeseguranaqueestoembutidosnonavegadoreque so importantespara o funcionamento das aplicaesque executamem redes semfio. 4.5Restries ParaamontagemdoprottipoestodisponveisdoiscomputadorescomWindows instalado,doisrdiosTEKK2W450a470MHzeduasplacasserialpadroBaycom (BAY96_V2). Osrecursosdisponveisrestringemaimplementaodaredeaumavelocidadede 9600bps.Paragarantirofuncionamentodonavegadorepermitirautilizaode 58 ferramentasInternetoprotocoloadotadooTCP-IP.Foramapresentadosnestecaptulo algumasinformaessobreopadroIEEE802.11pararedessemfio.Aimplementao destepadronoconsisteapenasderegrasparaodesenvolvimentodecamadasde software, opadro tambmdefine ascaractersticasnecessriasaohardware.O hardwarea serutilizadonoprojetonosuportanenhumadastrscamadasfsicasapresentadaspelo IEEE802.11{FrequencyHopping,DirectSequenceouInfrared).Porisso,aredesemfio proposta no estar em conformidade comopadro. 4.6 ArquiteturadaSoluo ParaaimplementaodeumaredesemfionaarquiteturaWindowstransparente paraasaplicaessernecessrioconcentrarotrabalhonacamadadeenlace(LLCe MAC),oquenaplataformaWindowssignificadesenvolverumdriverdotipoNDIS MiniportNICdriver.Desenvolverodriversegundoaarquiteturaderedemostradona figura4.8/4.9garantequeasdemaiscamadasdoWindowspossamutilizarosrecursos disponibilizadospelaredesemfio.Issofar comqueousodaredesemfiopeloWindows sejasimples,porqueelaseapresentaraousurio/sistemaoperacionalcomoumarededo tipoEthernet.IssogarantequequalquerferramentadedesenvolvimentoWindows incluindo,portanto,as de Internet tenha acessoaos recursosda redesem fio. Agrupandoasinformaesapresentadasnositensanterioresdestecaptulo,a soluoproposta para o experimentode rede sem fio apresentadanafigura4.9. OsistemaoperacionalseroWindows95emesmoquesejapossvelutilizaro protocolo NetBEUI,TCP/IP e IPX/SPXo protocoloescolhidofoi oTCP/IP. 59 Aescolhadefocara implementaodaredesemfio nodesenvolvimentodeapenas umdriver,temoobjetivodebaratearaomximoocustodasoluo,quedependedeum hardware barato,compostoderdioeplacaserial,edeumsistemaoperacionaltradicional. OprotocoloTCP/EP temumcomportamentorazovelemambientesde baixavelocidade,o quecombinacomavelocidadede9600bpsfornecidopeloequipamentoutilizadosneste projeto.Almdisso,confirmaapropostadeutilizarasferramentasdedesenvolvimento Internetna criaodesistemas.Isso tambm teminfluncia sobre ocusto,porquenoexige conhecimentosadicionais paraquemimplementarumsistemanestarede. 60 AplicaoOS/2SubsystemWin32SubsystemPOSIXSubsystem UserMode Apresentao Sesso I/OManager KernelMode TransporDriver Transporte RedeNetBEUITCP-EP Interface IPX/SPX NDIS3.0 Enlace LLC MAC Fsico NDIS3.0Wrapper NDISMiniport NICDriver BAY96V2 Interface Figura4.9 Arquiteturageraldasoluo 61 4.7DesenvolvendooNDISMiniportNIC driver Desenvolverumdriverdo tipo NDISMiniportNICdriversignifica trabalharcomas camadasfsica(PHY)edeenlace(LLC/MAC)doIEEE802.Afigura4.10apresentaos mdulosque precisamser programadospara a implementaodo driver. ' vNDIS 3.0Wrapper Controlede Fluxo NDISMiniportControlede Erros NICdriverControledeAcesso Delimitaodos Pacotes Rotinas paraa manipulaodo NIC BAY96_V2NIC Figura 4.10 Componentesa seremprogramadosno NDISMiniportNICdriver 4.7.1NivelFsico - NIC OnivelfsicoaprimeiracamadadomodeloOSI,responsvelpeloenviodeum conjunto noestruturadodebitsatravsdealgummeiofsico,nestecasoondasderdio, assegurandoatravsdoseuprotocolofsicoqueseaestaotransmissoraenviar,por exemplo,umbit1aestaoreceptorareconhecerestebit1.Onvelfsicoforneceas caractersticasmecnicas,eltricas,funcionaisedeprocedimentosparaativar,mantere desativarconexesfsicasparaatransmissodebits.Estacamadadefinecomoocabo ligadonainterfacederede,comoporexemploaquantidadedepinosqueoconectordeve ter e qual a funo decada umdestes pinos.Almdisso,esta camada tambmdefine qual a tcnicaqueser utilizadaparao enviode dados,como half-duplexoufull-duplex. 62 NestetrabalhofoiutilizadocomoNICumaplacaserialdotipoBaycom (BAY96_V2)daMicrolaserSistemasOptoeletrnicos[8],Ascaractersticasdestaplaca podemser encontradasno ApndiceA. Noexperimentofoi utilizadooquartocanaldaplaca(canal03)quepossuimodem FSKpodendofuncionarentre2400a38400bps.Comoutilizadaapenasumafreqncia derdioparaa transmissoeparaarecepodedados,acomunicaoserdotipohalf-duplex. 4.7.2 Rotinaspara a manipulaodoNIC TodooapndiceAestdedicadoaexplicaodaprogramaodaplacaparao envio e recepodos dados pelordio. 4.7.3DelimitaodosPacotes Paraa implementaodo driver necessriocolocaralgummecanismoquepermita oreconhecimentodasinformaestransmitidas.Apartirdestemecanismoserpossvel determinaronde,dentrodeumconjuntodebytesrecebidos,seencontramospacotesde informao. Este controleserfeito porsoftware, utilizandocomoinformao a portadorae obyteSFD(StartFrameDelimiter).Semprequeoplacareceberosinaldaportadora (RTS)odriveriniciarasuaprocurapeloinciodopacote,ousejaobyteSFD.Mais detalhes no captulo5, item Enviandoe RecebendoPacotes. Portadora SFDDestinatrioRemetenteTamanhoDadosFCS Figura 4.11 Identificao dopacote 63 4.7.4Nvel deEnlace -ControledeAcesso Comofoimostradonositensanteriores,opadroIEEE802dividiuacamadade enlaceemduassubcamadas(LLCeMAC).Amanipulaodascaractersticasespecficas dasvriastecnologiasficousobaresponsabilidadedasubcamadaMAC,quetratado controledeacessoaomeio.Asdemaisatividadesdacamadadeenlaceficaramacargoda subcamadaLLC. Ogerenciamentodeacessoaomeioconsisteemcontrolaracomunicaodedados entre as estaes que esto compartilhandoo mesmomeiode acesso.Comonoexperimento prticoest sendo utilizandoparaa transmissoe recepode dados umrdiooperandoem apenas umafreqncia, significa que todasas estaesque estiveremconectadasa estarede teroquecompartilharomesmomeiodetransmisso.Porissoalgumatcnicaprecisaser utilizadaparadisciplinarastransmissesdeformaaevitaraocorrnciadecolises,que aconteceroquando mais de umaestaoestiverenviandodados ao mesmotempo. Existemdiversasestratgias,comoporexemploCSMA,Aloha,PollingeSlot.[2], utilizadasparacontrolaroacessoaomeio.Aestratgiaescolhidaparaocontroledeacesso a nossaredesemfio a mesmadefinida pelopadroIEEE802.11, ouseja,CSMA/CA[4], ODFWMAC{DistributedFoundationWirelessMediaAccessControl)apresentadopelo IEEEsuporta dois mtodosde acesso:distribudoecentralizado: -Distribudo,asestaesquedecidemquandotransmitir,podendoocorrer colises. - Centralizado,a deciso centralizadaemumpontoquedeterminaqualaestao deve transmitir,evitandoascolises. 64 Amtodoescolhidofoiodistribuidoparaquenosejanecessrioaexistnciade umaestaoresponsvelpelaorganizaodo processode transmissodentrodoBSS. Pacote TX Pausai Meio cupadoj' N > TransmiteTransmite Pausa2 Figura4.12 Resumodo funcionamentodoCSMA/CA Comomostrado nafigura4.12o principio bsicodo funcionamento do CSMA/CA ode tentarevitara ocorrnciadascolisesdurantea transmisso.Nestemtododeacesso, quandodesejatransmitir,aestao"ouve"antesomeioparasaberseexistealguma transmissoemprogresso.Estaescuta podeser feita atravsda verificaodaexistnciade umaportadora.Senestaescutaningumestiverutilizandoomeio,aestaopode transmitir,casocontrrioaestaoesperaporumperododetempo(Pausa2)antesde tentarnovamente.Outromotivoquepodefazercomquea Pausa2sejanecessriaafalta dorecebimentodeumackconfirmandoacorretarecepodamensagempelaestao destino. O valordo tempoPausaie Pausa2 apresentadoaseguir: -Pausai.Amaiorpartedospacotestransmitidospossuemumcampoespecial chamadoduraoquemtemoobjetivodeidentificarotempodeduraodo 65 processodetransmissodosdados.Aoreceberumpacotetransmitidoporoutra estao,ocampoduraoguardadoservindocomoumrelgioparaindicar quandoa transmissoatualestarencerrada.Esta pausaevitaque asestaestentem transmitirenquantoduasestaes,que jtemodireitodeacessoaomeio,estejam trocandodados. -Pausa2.Oobjetivodotempopausa2odediminuiraprobabilidadeda ocorrnciadecolises.Omomentoquesucedealiberaodomeioparaoutras transmissespossibilitaqueduasoumaisestaesverifiquemaportadoraao mesmotempo,consequentementefazendocomqueatentativadereservarocanal para transmissotambmaconteaaomesmotempo,gerandoascolises.Apausa consistirnageraodevalorescalculadosapartirdonmerodetentativasde transmissoenoseuintervalodetempopr-alocado.Paragarantirqueasemente utilizadanosorteioseja diferente paracadaestao, possvelutilizaro nmerode identificao da estaocomo valorinicial. 4.7.5Controle deErros/Fluxo AescolhadoprotocoloTCP{TransmissionControlProtocol)proporcionaum servioconfivel de transferncia dedados.O TCPfoi projetadoparafuncionar comobase de umservioderedequenoutilizaconexoequenopossuiconfirmao.OTCPno exigeumservioderedeconfivelparafuncionar,responsabilizando-sepelarecuperao dosdadoscorrompidos,perdidos,duplicadosouentreguesforadeordem.Mesmoassim estosendoembutidosnodrivercontrolesparagarantirumatransmissomaisconfivel, atravs do uso de CRC's e pacotesespeciais paracontroledastransmisses. 66 4.7.5.1CRC Ocontrole de errosestsendoimplementadoa partirdoclculode umCRC{Cyclic RedundancyCheck)sobreoblocodeinformaesqueestosendotransmitidas.O algoritmoutilizadogeraumvalorde32bitsbaseadonoAUTODINIICRCalgorithm utilizados nas placas NE1000/NE2000e que faz partedo padroEthernet. 4.7.5.2Pacotesespeciais Como objetivode organizarofluxode informaes entreasestaes,afigura4.13 apresentacomofoi utilizadoalgunspacotesespeciisna transmisso,chamadospacotesde controle.So eles: - RTS{Requestto Send),sempre que umaestaodesejar enviaralgumdadoa outra estao,primeiroa estao origemdeversolicitar umaautorizaoatravs do envio deumamensagemdecontroleRTSparaaestaodestino.Aestaoorigem somentepoder iniciara transmissodepoisque receberumaautorizaodaestao destino. -CTS{Clearto Send),estepacotedecontroleenviadopelaestaodestinopara indicarque uma transmissosolicitadapodeseriniciada. - ACK,este pacote enviadopelaestaodestinoparaindicararecepodealgum conjunto de dados.Se a estaode origemnoreceberestamensagem,elatransmite opacotededadosnovamente,considerandoqueocorreramproblemasnarecepo do pacote pela estaodestino. Estetipodecontroledefluxopossuiumaexceoparaasmensagemdotipo broadcastemulticast.Comoestetipodemensagempossuidiversosdestinatrios,existe 67 umproblemanoenviodaconfirmaodatransmisso.Dentrodatopologiaderede apresentadaaseguir,noexisteafiguradeumaestaoprincipalouservidora,porissoo problemafoi resolvidousandoumaestratgiasimples.Paraas mensagemdo tipobroadcast emulticastnoutilizadooesquemademensagensdecontroleRTS/CTS/ACK,dandoo direitodaestaotransmitiropacotediretamente.Existemestudossobreaotimizaodo enviodemensagememredessemfio,algunsdelespodemserencontradosem[20],[19], [18],[19] e [14], Figura4.13 Diagramadasoperaesde TransmissoeRecepo 68 4.7.5.3Pacotes dedados Umadasinformaesqueosistemaoperacionalsolicitaaodriverestrelacionada ao tipoda rede.Odriverpropostonestadissertaodo tipoEthernet.Trabalharcomeste tipoderedesignificamanipularpacotescomtamanhode1500bytes.Considerandouma velocidadedetransmissomximade9600bpseummeiosujeitoadiversasfontesde interfernciaqueocasionamainseroderudosnatransmisso,otempoparaa retransmissodeumpacotede1500bytessignificativonaperformancegeraldarede. AtravsdautilizaodafunoQue r yl nf or mat i on[7]pode-sereconfiguraro tamanhodo pacotepara256 bytes,aumentandoo tempoparaa transmissodasmensagens masreduzindootempodasretransmisses.Otamanhode256foiotamanhomximodo pacoteescolhidoparaaimplementaododriver.Onmero256nofoiescolhidoao acaso,estbaseadonotamanhopadrodepacoteutilizadopeloprocotoloAX25,muito usadoem ambientesde transmissocomrdio[50],Neste trabalhonofoifeito umestudo para avaliara performance da rede e asua relaocom o tamanhodo pacoteutilizado. Nofoi feito nenhumestudoouexperimentoparaverificarqualtamanhodepacote seriamaisadequadoparaesta rede.Paraummelhoraproveitamentoda transmissonarede o ideal a utilizaode um tamanhode pacote varivel,quese ajuste conforme aqualidade domeio,ouseja,onmeroderetransmissesqueestosendonecessrias.Estetipode caractersticanoestsendoimplementadonestedriverde rede. Outra forma de garantirumamelhorperformance nacomunicaoutilizandoa rede semfioodesenvolvimentodeoutrodriverdetransportequesejamaisadequadoas caractersticasdacomunicaosemfiodoqueoTCP/TP.OAX25,ouapropostadodriver RPWNT[16],so alternativasinteressantes. 69 4.7.6Topologia Conforme o padro IEEE802.11apresentadoneste captuloexistemduastopologas disponveis:IBSS{IndependentBasicServiceSet)eESS{ExtendedServiceSet).A topologiaescolhidaparaaredefoiaIBSS.Mesmoassim,atravsdeconfiguraesno sistema operacional possveltransformar a rede do tipo IBSS para ESS,coma exceodo recursodemobilidadeentreos BSSexistentes.Aconfiguraoconsisteemligarumadas estaesdoBSSaredesemfioeaumsistemadedistribuiousandocabos.Apartirdo roteamentodospacotesdosistemadedistribuioparaaredesemfio,eviceversa,esta estaopassarafazeropapeldeumpontodeacesso,ligandoasdemaisestaesdeste BSS a outros BSS ligados ao mesmosistemade distribuio(figura 4.6). DeacordocomoDFWMAC{DistributedFoundationWirelessMediaAccess Control)apresentadopeloIEEEomtodoescolhidofoiodistribudoparaquenoseja necessrioaexistnciadeumaestaoresponsvelpelaorganizaodomeiodentrodo BSS. 70 5.IMPLEMENTAO Odesenvolvimentodeste trabalhosobreaimplementaode umaredesemfioteve duasetapasdistintas.Naprimeirafoifeitoumestudocomoobjetivodeencontrarum caminhovivelparaodesenvolvimentodestarede.Asegundaetapa,registradaneste captulo,colocouemprticaoestudoeprocurouvalidaraestratgiadedesenvolvimento apresentadanocaptulo4atravsdeumprottipo.Nesteprottipoforamutilizadosos seguintesrecursos: 1 computador PentiumII 300com Windows98; 1 computador Pentium133 comWindows95; 1 computadorPentiumIII233com Windows98; -2 dois rdiosTEKK2W 450a 470MHz, -2 placasserialpadro Baycom(BAY96V2); -2 placasde redeNE2000; -Microsoft VisualStudio; -MicrosoftSDKe DDK. Osdoisprimeiroscomputadoresforamutilizadosparao testedofuncionamentoda comunicaosemfio.UmcomputadorcomoWindows98e outrocomoWindows95de formaaverificarofuncionamentododriveremduasversesdiferentesdosistema operacional.Oterceirocomputadorfoiutilizadoparaodesenvolvimentododriverepara realizaodas operaesdedebug. 71 Aimplementaodaredefoiumprocessoqueincluiumuita"tentativaeerro".O captulo4apresentouocaminhoparaodesenvolvimento(NDISMiniportNICdriver) todaviao"como"fazereraalgodesconhecido.Porestemotivoaoinvsdeprocurar resolveroproblemadiretamente,ouseja,desenvolveroNDISMiniportNICdriver,o trabalhofoiorganizadoemumasriedeetapasprocurandoaliaraaprendizagemdos componentesusadosnotrabalho(placaBaycomeodesenvolvimentodedriversdotipo kernel)coma implementaoda redesem fio (programaodo NDISMiniportNICdriver). Estasforam asetapas: Comoaplacafunciona?Desenvolvimentodeumprogramaqueinicializaa placa,finalizaaplacaefazasoperaesdeenvioerecebimentodedadosno modoloopback[24], Comunicandoatravsdecabos.Desenvolvimentodeumprogramaquefaza comunicaodedadosentredoiscomputadoresusandoaplacaBaycomligada por meiodecabos. -EntendendoofuncionamentodeumNDISMiniportNICdriver. RecompilaodocdigofontedodriverNE2000,earealizaodetestespara verificar oseu funcionamento. Enviandoerecebendopacotes.Desenvolvimentodeumprogramaquefazo enviodepacotesentredoiscomputadoresligadosporcabosutilizandoaplaca Baycom. Primeiraversodo NDISMiniportNICdriver.Desenvolvimentododriverde redeque faz a comunicaousandoa placa Baycomligadaatravsdecabos. 72 -Enviandoerecebendopacotesatravsdordio.Desenvolvimentodeum programaquefazoenviodepacotesentredoiscomputadoresusandoa comunicaoporrdio. Segundaversodo NDISMiniportNICdriver.Desenvolvimentode umanova versodo driver de rede,agoracom a comunicaovia rdio. -Terceiraversodo NDISMiniportNICdriver.Desenvolvimentode uma nova versododriver.Nestaversofoifeitaumapequenaotimizaonoprotocolo utilizadopelodriver. 5.1 Comoa placafunciona? AprogramaodaplacaBaycomexigeamanipulaodeinterrupeseendereos dememria.EstasoperaessopossveisemprogramasWindows,masemnomeda seguranaeorganizaodosprogramasqueestosendoexecutadosnocomputador,o sistemaoperacionalpossuiumasriedeprocedimentosqueprecisamsercumpridospelos programas,principalmenteaquelesquefazem a manipulaode endereose interrupes. Ametadestaetapafoientenderofuncionamentodaplaca.Paranofugirdeste propsito,aoinvsdefazer umprogramaparaW