Redes Sem Fio Prof. Dr. João Bosco Mangueira Sobral.

Redes Sem Fio

Prof. Dr. João Bosco Mangueira Sobral

Conceito

• Sistemas de transmissão de dados utilizando fios de cobre como par trançado, cabo coaxial ou fibra ótica.

• Redes sem fio : transmissão de dados utilizando qualquer tipo de meio físico como transmissão por raios infravermelhos, laser, microondas e rádio.

Sistema ALOHA - Universidade do Havaí

• Primeiro sistema de computadores a empregar a técnica de rádio difusão ao invés de cabos ponto a ponto.

• Década de 70, linhas telefônicas disponíveis eram caras e pouco confiáveis. Necessidade de interligação de subredes da universidade espalhadas pelas ilhas, ao Centro de Computação principal.

Sistema ALOHA - Universidade do Havaí

• A comunicação é realizada através da instalação em cada estação de um pequeno transmissor/receptor de rádio FM, com um alcance suficiente para comunicar-se com o transmissor/receptor do Centro de Comunicação.

• Transmissão feita a 9600bps.

Desenvolvimento das Redes Sem Fio

• Limitações como largura de banda e tecnologia de transmissão não permitiram que o projeto resultasse na utilização em massa das redes sem fio.

• Pesquisa e desenvolvimento das primeiras redes sem fio no início dos anos 90:– Miniaturização de componentes eletrônicos

– Comunicações pessoais sem fio

Diferenças entre Redes sem Fio e Computação Móvel

• Mobilidade sem a utilização de uma rede sem

fio.

• Redes sem fio e sem mobilidade.

Comparação entre Computação Móvel e Redes Sem Fio

Aplicações Sem Fio MóvelEstações de Trabalho Não NãoUtilização de um Não SimPortátil em um hotelLANs em prédios mais Sim Nãoantigos, sem fiaçãoEscritório portátil; Sim SimPDA para estoque de loja

Redes LANs sem Fio

• Utilizadas quando a interconexão física de computadores é difícil por acidentes geográficos ( montanhas, florestas, pântanos...) ou em prédios muito velhos.

• Os sistemas sem fio, locais, podem integrar uma rede com fios para computadores portáteis (laptops, notebooks ou palmtops) dentro de uma sala ou edifício.

Padrão IEEE 802.11

• O padrão IEEE 802.11 define as regras relativas à subcamada de Controle de Acesso ao Meio (MAC) e camada física (PHY). Da mesma forma as camadas superiores não percebem as particularidades da subcamada MAC e de seus possíveis níveis físicos.

Tipos de topologia

• As redes sem fio 802.11podem apresentar-se fisicamente de dois modos: redes de infra-estrutura e redes Ad Hoc

Redes de Infra-estrutura• Elementos:estações móveis e pontos de acesso (PA). • Cada ponto de acesso é responsável pela conexão

das estações móveis de uma área de cobertura com a rede fixa. O PA desempenha tarefas importantes na coordenação das estações móveis: aceita ou não a inserção de uma nova estação à rede, colhe estatísticas para melhor gerenciamento do canal e ajuda a definir quando uma estação deve ou não ser controlado por outro ponto de acesso.

Redes Ad Hoc

• Caracterizam-se por não possuírem qualquer

infra-estrutura de apoio à comunicação. São

diversos equipamentos móveis confinadas

em uma pequena área que estabelecem

comunicação peer-to-peer por certo período

de tempo.

A camada Física (PHY)• Pacotes são transmitidos em canais de frequência

de rádio (frequência na faixa de kHz até GHz) ou infravermelho (frequência da ordem de THz).

• São apresentados 3 padrões na camada PHY: infravermelho(IR), Espalhamento Espectral por Seqüência Direta (DSSS-Direct Sequence Spread Spectrum) e Espalhamento Espectral por Saltos em Freqüência (FHSS-Frecuency Hopping Spread Spectrum).

Protocolos de Acesso ao Meio

• DFWMAC ( Distributed Foundation

Wireless Media Access Control)

• PCF (Point Communication Function)

• CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access

Colision Avoidance

Redes WANs sem Fio

• Os sistemas de comunicação sem fio de longa distância mais simples são os sistemas de recados. Estes sistemas podem transmitir números de telefone, seqüência de beeps, pequenos recados e até um jornal inteiro a um aparelho receptor móvel em qualquer lugar de sua grande área de atuação, mas não podem receber mensagens de volta pois são unidirecionais.

Tipos de redes WAN sem fio

• Para que seja possível funcionar uma rede, é

necessário haver comunicação nos dois sentidos.

As três soluções em uso no momento são:

– Rede celular analógica com comutação de circuitos

– Rede de comutação de pacotes por rádio

– Rede celular digital com comutação de pacotes.

Rede Celular com Comutação de Circuitos

• As mais comuns redes bidirecionais utilizam a estrutura existente de telefonia celular.

• A vantagem desse método é a grande disponibilidade dos sistemas celulares no mundo.

• A conexão é feita através de um MODEM celular, que é conectado de um lado à porta serial do computador e pelo outro a um telefone celular.


• A comunicação só é possível se o usuário estiver dentro de uma célula coberta pela estação base com a qual se comunica.

• Após estabelecida a conexão com o usuário móvel, a estação base utiliza a rede telefônica (comutação de circuitos) para completar a conexão com a localidade desejada, seja essa localidade móvel ou não.


• As redes celulares analógicas são orientadas a conexão. Isto gera alguns problemas:

• Ao sair de uma célula e entrar em outra, é necessário que os sinais sejam transferidos confiavelmente entre elas.

• Para transmissão de voz, isso não chega a ser um problema devido à grande redundância em tais sinais.

• Para a transmissão de dados, qualquer lacuna pode provocar grande perda de dados e até o fechamento da conexão.

Exemplo de Rede Celular com Comutação de Circuitos

• GSM (Global System for Mobile Communications)

• Método de alocação de canais do sistema digital europeu.

• Limitado a serviços somente de voz

• Utiliza as técnicas ALOHA, TDM e FDM combinadas. (Tanembaum pag. 333)

Rede de Comutação de Pacotes por Rádio

• (Packet Radio Network - PRN) funcionam e utilizam o mesmo método de acesso que redes ALOHA.

• A fonte divide a informação em pacotes e acrescenta um cabeçalho em cada um, que contém um endereço.

• Em seguida, os pacotes são enviados através de um enlace de satélite e difundido à estações base na terra.


• Cada estação móvel remota está conectada a uma estação base.

• Se a estação destino estiver fora do ar, a estação base recebe seus pacotes e repassa assim que a estação remota retornar à área de serviços.

• Garante excelente confiabilidade e velocidade aceitável. Nestes sistemas, o usuário paga pelo número de pacotes enviados e não pelo tempo utilizado.


• Grande parte dos problemas das redes de comutação de circuitos podem ser resolvidos utilizando redes de comutação de pacotes.

• As PRNs operam em um modo sem conexão e, também, são mais robustas que as redes de comutação de circuitos, porque têm implementados algoritmos mais seguros quando o usuário faz a movimentação de uma célula a outra.

Rede Celular Digital com Comutação de Pacotes

• (Cellular Digital Packet Data - CDPD) aproveita a estrutura já existente da telefonia celular com a transmissão de pacotes.

• Deve se mostrar mais barato e mais disponível que os PRNs e mais confiáveis que as redes celulares analógicas.

• Em relação aos PRNs, uma grande vantagem do CDPD é que pode ser usado tanto para a transmissão de pacotes como para a transmissão de voz.


• É uma evolução da rede celular existente com a finalidade de lidar com pacotes.

• O usuário conecta-se a uma estação base (a mesma usada para a telefonia celular analógica) através de um computador que possui um dispositivo remoto CDPD.

• A estação remota é chamada de Estação Terminal Móvel (MES - Mobile End Station).


• A Estação Base de Dados Móveis (MDBS - Mobile Data Base Station) recebe o tráfego das MES pelo mesmo receptor usado para a telefonia celular chaveada. Os pacotes seguem então da MDBS para o Sistema Intermediário de Dados Móveis (MDIS - Mobile Data Intermediate System) que é responsável pelo gerenciamento de todo o sistema e pelo roteamento de dados.


• O objetivo básico do CDPD é transmitir dados em forma de pacotes através de canais de voz não

utilizados na rede de telefonia celular.

Adaptações das diferentes camadas em redes WAN sem fio

• Sites distantes necessitam conectar-se à Internet, ler mensagens de correio eletrônico e acessar seus sistemas de arquivos. Com mobilidade e comunicação sem fio, surgem problemas, nas diferentes camadas.

Camada de Redes

• O problema ocorre no modelo de referência TCP/IP. Por exemplo, um usuário com um computador portátil quer conectar-se à Internet de um site remoto, o sistema de endereçamento IP torna o trabalho muito difícil.

IP Móvel

• Roteadores existentes em todo o mundo têm tabelas de roteamento que informam qual linha deve ser usada para se chegar, por exemplo, à rede 160.80.

• Sempre que um pacote chega a um endereço IP de destino com o formato 160.80.xxx.yyy, ele é enviado através dessa linha.

IP Móvel• Se subitamente, a máquina que tem esse endereço

for removida para um site distante, os pacotes a ela destinados continuarão a ser roteados para sua LAN de origem (ou roteador). O dono da máquina não receberá mais mensagens de correio eletrônico entre outras coisas. O fornecimento de um novo endereço IP para a máquina, que corresponda à sua nova localização, talvez não seja muito interessante, pois muitas pessoas, programas e bancos de dados teriam de ser informados a respeito da alteração.

IP Móvel

• Outra estratégia seria fazer com que os roteadores utilizassem endereços IP para roteamento, em vez de apenas a classe e a rede. Entretanto, isso poderia exigir que cada roteador tivesse milhões de entradas nas tabelas, a custos astronômicos para a Internet.

IP Móvel• Quando as pessoas começaram a levantar a

possibilidade de utilização de hosts móveis. Foram formulados inúmeros objetivos:

• Cada host móvel deveria ser capaz de usar seu endereço IP de origem em qualquer lugar.

• Não eram permitidas alterações de software nos hosts fixos.• Não eram permitidas alterações no software e nas tabelas do

roteador• Muitos pacotes destinados a hosts móveis não deveriam fazer

desvios durante o percurso.• Não deveria haver overhead quando um host móvel estivesse em

sua origem.

Solução Escolhida

Roteamento para Hosts Móveis


• Definiu-se para cada área um ou mais agentes externos, que controlam todos os usuários móveis que visitam a área.

• Além disso, cada área possui um agente interno, que controla os usuários cujas bases estejam na área, mas que estejam no momento visitando outra área.


• Quando um novo usuário entra em uma área, conectando-se a ela (por exemplo, ligando seu computador na LAN), ou simplesmente percorrendo a célula, seu computador deve-se registrar com o agente externo dessa área.

O procedimento de Registro

• Periodicamente, cada agente externo transmite um pacote anunciando sua existência e endereço.

• Um host móvel recém-chegado pode aguardar uma dessas mensagens; no entanto, se nenhuma chegar rápido o suficiente, o host móvel poderá transmitir um pacote dizendo: "Existe algum agente externo?”


• O host móvel é registrado com o agente externo, fornecendo seu endereço fixo, o endereço atual de camada de enlace de dados e algumas informações de segurança.

• O agente externo contacta o agente interno do host móvel e diz: "Um de seus hosts está aqui".

• A mensagem do agente externo para o agente interno contém o endereço de rede do agente externo.

• A mensagem contém ainda as informações de segurança, para convencer o agente interno de que o host móvel está realmente lá.


• O agente interno examina as informações de segurança, que contêm um timbre de hora, para provar que foi gerando há alguns segundos. Se estiver tudo de acordo, o agente interno diz ao externo para prosseguir.

• Quando o agente externo obtém a confirmação do agente interno, ele cria uma entrada em sua tabela e informa ao host móvel que agora ele está registrado.


• O ideal é que quando o usuário sair de uma área, isso também seja divulgado para permitir o cancelamento do registo, mas muitos usuários desligam seus computadores abruptamente quando terminam de usá-los. (Tanembaum, 420)


• Quando é enviado a um usuário móvel, o pacote é roteado para a LAN básica do usuário, pois é isso que o endereço diz que deve ser feito.

• Os pacotes enviados para o usuário móvel através de sua LAN básica são interceptados pelo agente interno. Em seguida, o agente interno consulta a nova localização (temporária) do usuário móvel e encontra o endereço do agente externo que está tratando do usuário móvel.

A camada de Transporte - TCP sem fio• Na teoria, os protocolos de transporte deveriam ser

independentes da tecnologia da camada de rede em que se baseiam.

• O TCP, particularmente, não deveria se preocupar pelo IP estar sendo executado através de fibra ou rádio.

• Na prática, isso é importante, pois as implementações em sua maioria foram muito otimizadas com base em suposições que são verdadeiras para as redes com fio mas que falham nas redes sem fio.

A camada de Transporte - TCP sem fio

• O principal problema é o algoritmo de controle de congestionamento.

• Quase todas as implementações TCP atuais assumem que os timeouts ocorrem devido ao congestionamentos, e não a pacotes perdidos.

• Consequentemente, quando um temporizador expira, o TCP diminui o ritmo e começa a transmitir mais lentamente. A idéia por trás dessa abordagem é reduzir a carga na rede e, por tanto, diminuir o congestionamento.


• Os enlaces de dados das transmissões sem fio não são confiáveis. Eles perdem pacotes o tempo todo. A melhor estratégia para lidar com pacotes perdidos é enviá-los novamente o mais rápido possível.

• Diminuir o ritmo nesse caso tornará a situação ainda pior Em uma rede com fio, quando um pacote é perdido o transmissor deve diminuir o ritmo.


• Com freqüência, o caminho entre o transmissor e o receptor não é homogêneo. Os primeiros 1000 km podem ser controlados por uma rede com fio, enquanto o último 1 km pode representar uma rede sem fio. Nessa circunstância, é mais difícil ainda tomar uma decisão em relação ao timeout, pois é necessário saber onde ocorreu o problema.


• Uma solução proposta foi o TCP indireto.Consiste em dividir a conexão TCP em duas conexões separadas.– A primeira vai do transmissor à estação-base.

– A segunda, vai da estação-base ao receptor. A desvantagem é que o mecanismo viola a semântica do TCP.


• Outra solução não quebra a semântica do TCP. • Ela faz várias modificações pequenas no

código da camada de rede da estação-base. Uma das mudanças é a inclusão de um espião que observa e armazena em um cache não só os segmentos TCP que seguem para o host móvel quanto as confirmações envidas por esse host.


• Quando o espião vê um segmento TCP seguir para o host móvel, mas não vê uma confirmação retornar antes de seu timer (de intervalo relativamente curto) expirar, ele retransmite esse segmento sem informar o que está fazendo à origem.

Tendências de mercado• Desde a década de 70 a comunicação interpessoal

por ondas de rádio vêm se desenvolvendo guiada por tecnologias de empresas como a Motorola e a Nec.

• Instrumentos de comunicação sem fio como o Beep, sinalizavam as pessoas através de ondas AM e Telefones Móveis, que durante anos equiparam milhares de carros nos Estados Unidos, exerceram um papel importante no desenvolvimento econômico da sociedade moderna.

Tendências de mercado• A partir da metade da década de 80, avanço na

micro informática, com o surgimento dos PCs e com a miniaturização e potencialização de processadores de dados, desenvolvidos por empresas como a IBM e Intel.

• A associação destas duas tecnologias, conhecida por Telemática, propiciou a globalização da comunicação sem fio, com o desenvolvimento de equipamentos.

Tendências de mercado

• Várias tecnologias de comunicação sem fio sendo utilizadas: telefones celulares, micro-celulares, rádios bidirecionais, trunking, redes de computadores sem fio, "palmtops", "notebooks" e pagers.

• Alianças estratégicas entre várias empresas de telecomunicações estão sendo formadas para criar a infra-estrutura necessária para este novo mundo das comunicações sem fio.


• Vários estudos e projetos sendo realizados, visando: Um melhoramento no gerenciamento de força, a

fim de aumentar a duração da bateria do sistema; Desenvolver técnicas de modulação mais

eficientes, com o objetivo de aumentar a velocidade de transferência de dados;

Redução de preços de uma forma gradual.


• Especialistas no assunto dizem que o mercado de LANs sem fio experimentou uma explosão de atividades ao longo do último ano e afirmam que este crescimento deverá aumentar, quando os fabricantes passarem a oferecer dispositivos menores, mais baratos e mais velozes.

Alguns Fabricantes

Empresas que desenvolvem produtos sem fio

• Rede Sem Fio WaveLAN IEEE 802.11• Produtos projetados para serem interoperáveis com qualquer produto de rede sem fio baseado na

tecnologia de rádio DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) compatível com o padrão IEEE 802.11 para redes sem fio na forma como aprovado pelo IEEE.

http://www.cernet.com.br/Lucent/wavelan/produtos.htm

As Redes Sem Fio WaveLAN

• Os cartões de rede WaveLAN funcionam como

uma rede Ethernet cabeada a 2 Mbps, mas o

WaveLAN tem a vantagem de não possuir fios.

• Existem várias formas de se criar a infra-

estrutura de rede:

Uma rede 100% sem fio

Uma infra-estrutura de rede sem fio que é conectada a uma rede

Ethernet já existente

Cartões WaveLAN IEEE 802.111. Antenas Integradas. 2. Led Indicador de Tráfego (Transmissão/Recepção). 3.Led Indicador de Alimentação (Ligado/Desligado). 4.Conector para Antena Externa Opcional "Range Extender

Antenna".

Antena WaveLAN Range Extender

• A antena WaveLAN Range Extender aumenta a performance e o nível do sinal em até 15%.

WAN (Pennsylvania Mall) INSAT WIRELESS MODEM

• Modem que utiliza torre celular.• Caraterísticas e Benefícios

• Wireless (Não precisa de Linhas Telefônicas) • Portável • Fácil Instalação (trabalha com Windows 95) • High Wireless Throughput

Rumo das Redes sem Fio• Visto como uma parte da progressão da

informática, os sistemas de computação sem fio representam o próximo passo lógico na separação do usuário dos ambientes computacionais.

• O usuário pode acessar os recursos do sistema (serviços, servidores, impressoras, etc.) a qualquer tempo, bastando estar localizado dentro dos limites de uma infra-estrutura de comunicações sem fio.

Rumo das Redes sem Fio

• Neste século, chamado ”O Século da Informação”, onde o acervo de informações, é o ponto-chave na posição das empresas frente ao mercado competitivo; a transmissão, atualização ou acesso aos dados corporativos a qualquer hora e de qualquer lugar, torna-se um diferencial importante para todas as empresas.

Conclusões

• O aumento da complexidade das relações comerciais nos últimos 20 anos tornou imprescindível uma melhoria substancial das formas de comunicação. Estar acessível a qualquer hora e em qualquer lugar deixou de ser um luxo exclusivo de poucos executivos e passou a ser fator de competitividade em qualquer tipo de negócio.

Redes Sem Fio Prof. Dr. João Bosco Mangueira Sobral.

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