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As Redes Sem Fio Prof: Carlos Alberto Vieira Campos.

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1 As Redes Sem Fio Prof: Carlos Alberto Vieira Campos

2 Roteiro da Aula Introdução Características das redes sem fio Tipos de redes sem fio Modos de operação Os problemas de terminal escondido e exposto O padrão IEEE e suas variações Canais e associação O protocolo CSMA/CA O quadro Estudos de caso

3 Introdução Definição: As redes sem fio são compostas por dispositivos computacionais que se comunicam sem a necessidade de fios e sim, utilizando geralmente, antenas de rádio para enviar sinais eletromagnéticos através do ar atmosférico. As redes sem fio, trazem novos requisitos e desafios não encontrados em redes de computadores com fio.

4 Elementos de uma rede sem fio Hospedeiros sem fio Laptop, PDA, IP phone Rodam aplicações Pode ser fixos ou móveis sem fio nem sempre significa mobilidade Handoff

5 Elementos de uma rede sem fio Estação-base Tipicamente se conecta à rede cabeada Relay – responsável por enviar pacotes entre a rede cabeada e os hospedeiros sem fio na sua área Ex.: torres de celular pontos de acesso

6 Elementos de uma rede sem fio Enlace sem fio Tipicamente usado para conectar os hospedeiros móveis à estação-base Também usado como enlace de backbone Necessitam de protocolos de acesso múltiplos para coordenar o acesso Várias taxas de dados e distâncias de transmissão.

7 Características Força reduzida do sinal: os sinais de rádio se atenuam à medida que elesse propagam através da matéria (path loss) Interferência de outras fontes: as freqüências padronizadas para redes sem fio (ex., 2,4 GHz) são compartilhadas por outros equipamentos (ex., telefone sem fio); motores também produzem interferência Propagação de múltiplos caminhos: o sinal de rádio se reflete no solo e em objetos. O sinal principal e os refletidos chegam ao destino em instantes ligeiramente diferentes Taxas de erros maiores que em redes cabeadas

8 Tipos de redes sem fio Principais tipos e seus padrões

9 Tipos de redes sem fio Taxa de dados X alcance Indoor 10-30m Outdoor m Outdoor médio alcance 200m – 4 Km Outdoor longo alcance 5Km – 20 Km 0,056 0, IS-95, CDMA, GSM 2G UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G a,g UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO Melhorias 3G (WiMAX) n Taxa de dados (Mbps) b

10 Tipos de redes sem fio O enfrentamento de novos desafios para o suporte a computação móvel e ubíqua está proporcionando redes sem fio com novas características auto-configuração dos dispositivos, auto-organização da rede, auto-gerenciamento dos recursos, suporte a mobilidade, a troca de dados sem uma infra-estrutura pré- existente e tolerância a atrasos e desconexões. Redes Móveis Ad hoc (MANETs) Redes de Sensores Sem Fio (sensor networks) Redes em Malha Sem Fio (mesh networks) Redes Tolerantes à Atrasos e Desconexões (DTN)

11 Modos de operação modo infraestruturado Hospedeiro sem fio se comunica com um ponto de acesso (acess point - AP) Basic Service Set (BSS) (ou célula) no modo infra- estrutura contém: Hospedeiros sem fio Ponto de acesso (AP)

12 Modos de operação Modo ad hoc modo usado nas MANETs e DTN Independent BSS (IBSS)

13 Arquitetura de uma rede sem fio Rede Sem Fio Usuário final A Camada Enlace Camada Física Camada de Rede Protocolos das Camadas Superiores Usuário final B Camada Enlace Camada Física Camada de Rede Protocolos das Camadas Superiores WWANs WPAN, WLAN e WMAN

14 Alguns problemas em redes sem fio ABCD A terminal escondido

15 Alguns problemas em redes sem fio ABCD AC Terminal escondido

16 Terminal Exposto O terminal B está tentando transmitir para A. O terminal C pode ouvir a transmissão de B. Então C percebe a portadora de B e pensaque o canal está ocupado. Entretanto a transmissão de C não pode interferir em A. C gostaria de transmitir para D e não para A. Então C é chamado de um terminal exposto para B. ABCD BC pensa que não pode transmitir para B

17 Wi-Fi – O padrão IEEE Representa um conjunto de padrões para redes locais sem fio especificado pelo IEEE; Cada sub-padrão possui características específicas: V á rias t é cnicas de modula ç ão: As mais populares definidas: b, a, g e n. Os demais sub-padrões incluem melhorias de servi ç o e extensões ou corre ç ões de especifica ç ões anteriores;

18 Sub-padrões IEEE PadrãoDescrição IEEE Original; 1 e 2 Mbit/s; 2,4 GHz RF e IR (1997) IEEE a54 Mbit/s, 5 GHz (1999) IEEE b5.5 e 11 Mbit/s, 2,4 GHz (1999) IEEE dExtensão de roaming Internacional (2001) IEEE eMelhorias para suporte a QoS (2005) IEEE fProtocolo entre pontos de acesso- handoff (2003) IEEE g54 Mbit/s, 2,4 GHz, compatível com b (2003) IEEE iMelhorias de segurança (2004) IEEE802.11nAumento na largura de banda, centenas de Mbps

19 Wi-Fi - IEEE IEEE a Opera na faixa de freq ü ência de 5 GHz. Taxa de dados m á xima de 54 Mbit/s. M é todo de acesso ao meio é o CSMA/CA. T é cnica de modula ç ão OFDM – Multiplexa ç ão por Divisão de Freq ü ência Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ). NÃO é compat í vel com b e g

20 Wi-Fi - IEEE IEEE b Opera na faixa de freq ü ência de 2.4 GHz. Taxa de dados m á xima de 11 Mbit/s. M é todo de acesso ao meio é o CSMA/CA. T é cnica de modula ç ão DSSS – Espalhamento de Espectro por Seq ü ência Direta (Direct sequence spread spectrum). 1º padrão comercial amplamente difundido.

21 Wi-Fi - IEEE IEEE g Opera na faixa de freq ü ência de 2.4 GHz. Taxa de dados m á xima de 54 Mbit/s. M é todo de acesso ao meio é o CSMA/CA. T é cnica de modula ç ão OFDM – Multiplexa ç ão por Divisão de Freq ü ência Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ). É COMPATÍVEL com b.

22 Wi-Fi - IEEE IEEE n draft Opera na faixa de freq ü ência de 2,4 GHz e 5 GHz. Taxa de dados de at é 300 Mbit/s. T é cnica de modula ç ão OFDM-MIMO, Multiplexa ç ão por Divisão de Freq ü ência Ortogonal - (Multiple-Input Multiple-Output). Teoricamente pode ser COMPATÍVEL com os outros padrões.

23 b: o espectro de 2,4 GHz-2,485 GHz é dividido em 11 canais de diferentes freqüências O administrador do AP escolhe a freqüência para o AP Possível interferência: canal pode ser o mesmo que aquele escolhido por um AP vizinho! Hospedeiro: deve se associar com um AP Percorre canais, buscando quadros beacon que contêm o nome do AP (SSID) e o endereço MAC Escolhe um AP para se associar Pode realizar autenticação [mecanismo de segurança] Usa tipicamente DHCP para obter um endereço IP na sub- rede do AP O uso de canais e a associação no ponto de acesso

24 Evita colisões: 2 ou mais nós transmitindo ao mesmo tempo : CSMA – escuta antes de transmitir Não colide com transmissões em curso de outros nós : não faz detecção de colisão! Difícil de receber (sentir as colisões) quando transmitindo devido ao fraco sinal recebido (desvanecimento) Pode não perceber as colisões: terminal oculto, fading Meta: evitar colisões: CSMA/C(collision)A(voidance) O controle de acesso ao meio

25 Dois modos de operação CSMA/CA: Distributed Coordination Function (DCF) com disputa pelo meio Priority-Based: Point Coordination Function (PCF) coordenador no ponto de acesso sem disputa pelo meio

26 Transmissor Se o canal é percebido quieto (idle) por DIFS então Transmite o quadro inteiro (sem CD). 2. Se o canal é percebido ocupado, então Inicia um tempo de backoff aleatório Temporizador conta para baixo enquanto o canal está quieto Transmite quando temporizador expira Se não vem ACK, aumenta o intervalo de backoff aleatório, repete 2. Receptor Se o quadro é recebido OK retorna ACK depois de SIFS (ACK é necessário devido ao problema do terminal oculto) O protocolo CSMA/CA

27 Idéia: permitir ao transmissor reservar o canal em vez de acessar aleatoriamente ao enviar quadros de dados: evita colisões de quadros grandes Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado request to send (RTS) ao ponto de acesso usando CSMA RTSs podem ainda colidir uns com os outros, mas são pequenos O ponto de acesso envia em broadcast clear to send (CTS) em resposta ao RTS CTS é ouvido por todos os nós Transmissor envia o quadro de dados Outras estações adiam suas transmissões Evita colisões de quadros de dados completamente usando pequenos quadros de reserva! Evitando colisões

28 Evitando colisão: a troca de RTS-CTS AP A B time RTS(A) RTS(B) RTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) reservation collision defer

29 Quadro : endereçamento Endereço 2: endereço MAC do hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro Endereço 1: endereço MAC do destino ou AP que deve receber o quadro Endereço 3: endereço MAC da interface do roteador à qual o AP é ligado Endereço 4: usado apenas no modo ad hoc

30 Duração do tempo de transmissão reservada (RTS/CTS) # seg do quadro (para ARQ confiável) Tipo de quadro (RTS, CTS, ACK, dados) Quadro

31 Wi-Fi - IEEE Aplicações: Escritórios Residenciais

32 Wi-Fi - IEEE Aplicações: Redes em Salas de Aula


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