Computação Móvel.

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1 Computação Móvel

2 Uso de redes de computadores
Usuários Móveis (Tanenbaum, 1.1.3) Hardware de rede (Tanenbaum 1.2) Redes sem Fio (1.2.4) Redes Domésticas (1.2.5)

3 Exemplos de redes LANs sem Fio Estação-Base Ad Hoc

4 Transmissão sem Fio O Espectro Eletromagnético. Transmissão de rádio.
Transmissão por microondas. Ondas de infravermelho e milimétricas. Transmissão por onda de luz.

5 O Loop Local (2.5.3) Modems ADSL Loops Locais sem Fio
(redes sem fio fixas)

6 O Sistema de Telefonia Móvel
Primeira geração: voz analógica - AMPS Segunda Geração: voz digital - D-AMPS - GSM - CDMA Terceira geração: voz e dados digitais

7 Bluetooth (4.6) Arquitetura do Bluetooth. Aplicações do Bluetooth.
A pilha de protocolos Bluetooth. A camada de rádio do Bluetooth. A camada de banda-base do Bluetooth. A camada L2CAP do Bluetooth A estrutura do quadro Bluetooth.

8 LANs Virtuais (4.7.6) VLAN define uma topologia lógica de LANs separada da topologia física. VLANs para interconexão de LANs IEEE 802.1Q Ethernet e VLAN

9 Redes sem Fio de Banda Larga
Comparação entre e (4.5.1) A pilha de protocolos (4.5.2) A camada física (4.5.3) O protocolo da sub camada MAC (4.5.4) A estrutura de quadro (4.5.5)

10 LANs sem Fio (Tanenbaum 4.4)
A pilha de protocolos (4.4.1) A camada física (4.4.2) O protocolo da subcamada MAC (4.4.3) A estrutura de quadro (4.4.4) Serviços no padrão (4.4.5)

11 A Pilha de Protocolos 802.11 Camadas Superiores Subcamada LLC
Camada de Enlace Subcamada MAC IEEE 802 Infra- vermelho 802.11 FHSS IEE 802.11 DSSS 802.11a OFDM 802.11b HR-DSSS 802.11g OFDM Camada Física

12 Camada Física IEEE 802.11 1997: Infravermelho, DSSS, FHSS
banda estreita ISM de 2.4 GHz 1Mbps ou 2 Mbps. 1999: OFDM, HR-DSSS (alta velocidade e maior largura de banda), 54Mbps e 11Mbps, respectivamente.

13 LANs sem fio de alta velocidade
IEEE a OFDM (primeira OFDM, 1999) banda estreita ISM de 5 GHz, até 54Mbps. IEEE b HR-DSSS banda estreita ISM de 2.4 GHz, até 11Mbps. Alcance sete vezes maior que no a IEEE g OFDM (2001, segunda OFDM, mas com banda de frequência diferente da primeira OFDM), banda estreita ISM de 2.4 GHz, até 54 Mbps.

14 Métodos de Alocação de Canais
Métodos e sistemas de alocação de canais para um canal comum FDM WDM TDM MACA / MACAW FHSS DSSS CSMA/CA (IEEE combina CSMA com MACAW) OFDM (alta velocidade) HR-DSSS (alta velocidade)

15 Camada Física Cada uma das técnicas de transmissão permitidas torna possível enviar um quadro MAC de uma estação a outra. Essas técnicas diferem na tecnologia e na velocidade que podem ser alcançadas.

16 Subcamada MAC de Acesso ao Meio
Protocolos de LANs sem Fio (4.2.6) - MACA. - MACAW (MACA for Wireless). - CSMA/CA baseado em MACAW. O Padrão IEEE (LLC) (4.3.9)

17 Problema da Estação Oculta
Nem todas as estações estão dentro do alcance do sinal de rádio umas das outras. Transmissões realizadas em uma parte de uma célula podem não ser recebidas em outras estações na mesma célula.

18 Estação Oculta

19 Estação Oculta Sejam três estações: A, B e C.
B está na área de cobertura de alcance do sinal de C. A está fora do alcance de sinal de C. Seja C estar transmitindo para B. Se A quer transmitir para B, A escuta o canal. Mas, como B está ocupada, A não ouvirá nada e concluirá erradamente que pode transmitir para B.

20 Estação Exposta

21 Estação exposta É o inverso da estação oculta.
Considere que B quer transmitir para C, e portanto escuta o canal. Quando B ouve uma transmissão, B conclui erradamente que não pode transmitir para C. Embora, A, talvez esteja transmitindo para uma estação D (não mostrada).

22 CSMA/CD Com a Ethernet uma estação só precisa esperar até o meio ficar inativo e começar a transmitir. Se não receber de volta uma rajada de ruído dentro do tempo dos primeiros 64 bytes transmitidos, é quase certo que o quadro irá sr entregue corretamente. No caso das LANs sem fio, essa situação não ocorre.

23 Sinais de Rádio A maioria dos sinais de rádio é half-duplex, significando que estações não podem transmitir e ao mesmo tempo ouvir rajadas de ruído, em uma única (na mesma) frequência.

24 MAC Para lidar com esses problemas, o , opera na sub-camada MAC, com dois modos de operação: DCF (Distributed Coordination Function), que não usa nenhum controle central (obrigatório). PCF (Point Coordination Function), que utiliza uma estação-base para controlar todas as atividades em uma célula (opcional).

25 Com o DCF ... utiliza o método de acesso na sub-camada MAC, chamado CSMA/CA (CSAMA with Collision Avoidance – CSMA com Abstenção de Colisão) CSMA/CA admite dois modos de operação: Convencional, com a detecção do canal físico. Baseado em MACAW e empregando a detecção de canal virtual.

26 CSMA/CA convencional Quando uma estação quer transmitir, ela escuta o canal. Se ele estiver ocioso, a estação começará a transmitir. Ela não escuta o canal enquanto estiver transmitindo, mas emite seu quadro inteiro, que pode ser destruído no receptor devido à interferência.

27 CSMA/CA convencional Se o canal estiver ocupado, a transmissão será adiada até o canal ficar inativo, e então a estação começará a transmitir. Se ocorrer uma colisão, as estações que colidirem terão que esperar um tempo aleatório, usando o algoritmo de recuo binário exponencial das redes Ethernet, e então tentarão novamente mais tarde.

28 CSMA/CA baseado em MACAW

29 Estrutura do Quadro 802.11 2 bytes 2 6 6 6 2 Controle de Quadro
Duração Endereço 1 Endereço 2 Endereço 3 Seq bytes 6 0-2312 4 Endereço 4 Dados Total de Verificação bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 versão tipo subtipo F r MF R e p P o t M a i s W O Controle de Quadro T o

30 Serviços

31 A Camada de Rede Roteamento por difusão (5.2.7)
Roteamento por multidifusão (5.2.8) Roteamento por hosts móveis (5.2.9) Roteamento em redes ad hoc (5.2.10) IP Móvel (Internet) (5.6.7) IP Móvel no IPV6 (...)

32 Espectro de Dispersão Spread Spectrum
Quando se movem, no espaço livre (atmosfera terrestre ou mesmo no vácuo), os elétrons criam ondas eletromagnéticas que se propagam nesse espaço com suas frequências (número de oscilações por segundo) e que constituem o meio de transmissão dado pela natureza, compartilhado por transmissores e receptores.

33 Espectro Eletromagnético
O conjunto infinito de frequências que podem existir no espaço é delimitado e ordenado, para conter as frequências que podem ser utilizadas em telecomunicações. A delimitação, a ordenação e a aplicação de certas faixas de frequências a determinadas formas de comunicação, define o que se chama de Espectro Eletromagnético e a maneira como ele é usado em comunicações.

34 Espectro de Dispersão É o espectro de frequências utilizado em determinadas técnicas de transmissão, onde cada estação transmite sobre o todo o espectro, durante todo tempo. FHSS (Espectro de Dispersão por Salto de Frequência) DSSS (Espectro de Dispersão por Sequência Direta)

35 Redes sem Fio de Banda Larga
Empresas de telefonia têm permissão para oferecer serviços locais de voz e Internet de alta velocidade. Há uma grande demanda por estes serviços. Problema: estender par trançado categoria 5 ou cabos coaxial ou de fibra até milhares de residências é algo dispendioso.

36 Redes sem Fio de Banda Larga
O que fazer ? Rede sem Fio de Banda Larga. Como fazer ? Uma grande antena e antenas nos clientes é mais fácil e econômico.

37 Redes sem Fio de Banda Larga
Empresas de telecomunicações: Fornecer um serviço de comunicação sem fio de vários megabits para voz, Internet e filmes por demanda. LMDS foi feito para este fim.

38 Redes sem Fio de Banda Larga
Mas, cada concessionária elaborava seu próprio sistema ... Faltava padrões ... Impossibilidade de produzir hardware e software em massa. Preços elevados e aceitação baixa.

39 Redes sem Fio de Banda Larga
Um padrão de banda larga sem fio era o elemento-chave que estava faltando. IEEE formou um comitê da indústria e acadêmico para elaborar um padrão. IEEE (julho de 1999)

40 Redes sem Fio de Banda Larga
Padrão IEEE final: abril de 2002. “Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems” (Interface Aérea para Sistemas Fixos de Acesso sem Fio de Banda Larga)

41 Redes sem Fio de Banda Larga
MAN (Metropolitan Area Network) sem Fio ou Loop Local sem Fio. Redes sem Fio de Banda Larga: (Bolcskey et al., 2001) (Webb, 2001) IEEE (Eklund et al., 2002)

42 Comparando com e resolvem problemas diferentes. fornece serviço para edifícios e edifícios não são móveis. Não migram de uma célula para outra. lida com mobilidade, enquanto , não. Edifícios podem ter muitos computadores. A estação final no é um notebook. Para edifícios, sinal de rádio melhor é essencial.

43 Assim, 802. 16 deve usar comunicação full-duplex, algo que o 802
Assim, deve usar comunicação full-duplex, algo que o evita para manter baixo o custo do sinal de rádio (baixo, o custo dos rádios). se estende sobre parte de uma cidade. Assim, as distâncias envolvidas podem ser de quilômetros, o que significa que a potência percebida numa estação-base pode variar de estação para estação.

44 Essa variação afeta a relação sinal/ruído, que, por sua vez define vários esquemas de modulação.
A comunicação aberta sobre uma cidade significa que a segurança e a privacidade são essenciais e obrigatórias.

45 Cada célula 802.16 deve ter muito mais usuários que uma célula típica 802.11.
Espera-se que usuários utilizem maior largura de banda que um usuário típico

46 Com o 802.16 é necessário mais espectro do que a banda ISM no 802.11.
opera na faixa de frequências de 10 a 66 GHz. funciona através de ondas milimétricas. Ondas milimétricas têm propriedades físicas diferentes das ondas de rádio, mais longas das bandas ISM.

47 O é omnidirecional. As ondas milimétricas do podem ser concentradas em feixes direcionais. Ondas milimétricas são absorvidas pela intempérie (chuva, neve, granizo, nevoeiro, ... ).

48 QoS no : o padrão foi projetado para para Internet, telefonia, televisão e uso pesado de multimídia. O foi projetado para ser equivalente à Ethernet móvel. O pode ser usado para dispositivos móveis ?

49 Largura de Banda

50 Taxa de Bauds

51 Taxa de Bits É a quantidade de informação enviada por um canal, no intervalo de tempo de 1 segundo. É medida em bits/s (bps). É igual ao número de bits/amostra multiplicado pelo número de amostras/segundo. É igual ao número de bits/amostra multiplicado pela taxa de bauds.

52 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
Modulação por deslocamento de fase de quadratura. Várias amplitudes e vários deslocamentos de frequência são combinados para transmitir diversos bits/símbolo. Essa combinação de técnicas de modulação permite transmitir vários bits por baud.

53 Cada fragmento de informação transmitido (um símbolo) corresponde a uma amostra.
O número de amostras por segundo define a taxa de bauds. 1 baud é definido em função do número de bits numa amostra.

54 Modem V.90 – 56 Kbps 56 Kbps = 56000 bps Teorema de Nyquist (1924)
Taxa máxima de bits por segundo = 2H.log2 V bits , onde H é largura de banda em Hz e V é o número de níveis discretos (0 e 1). log2 2 = = 8000 amostras/s Ou 8000 bauds (taxa de bauds). Nos USA, cada amostra tem 8 bits, mas 7 bits 1 bit é usado para controle e os 7 restantes para o usuário. Então, temos bits/s ou 56 Kbps. Na Europa, cada amostra tem 8 bits e todos os 8 bits estão disponíveis para o usuário. Então, temos bits/s ou 64 Kbps. No acordo internacional sobre um padrão de modem, foi escolhido o valor de bps.

55 Amplitude e Fase Amplitude = distância do ponto à origem. Se as distâncias dos pontos à origem são iguais, diz-se que a amplitude é constante. Fase de um ponto = ângulo que uma linha dele até a origem forma com o eixo x positivo.

56 QPSK Figura (a)

57 QAM-16 Figura (b)

58 QAM-64 Figura (c)

59 QAM-16 QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation)
Uma estrutura de modulação, na qual são usadas quatro amplitudes e quatro fases, dando um total de 16 combinações diferentes. Esquema de modulação que pode ser usado para transmitir 4 bits por símbolo/baud.

60 QAM-64 QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation)
Uma estrutura de modulação, na qual são usadas 16 amplitudes e 4 fases, dando um total de 64 combinações diferentes. Esquema de modulação que pode ser usado para transmitir 6 bits por símbolo/baud.

61 Segurança em Redes sem Fio
Tanenbaum (8.6.4)

62 Segurança de Redes

63 Segurança do Bluetooth

64 Segurança do WAP 2.0

65 Segurança no IEEE i