Aula 03 Padrões de redes wireless Prof. Diovani Milhorim

Padrões de comunicação Padrão: “Documento aprovado por um organismo reconhecido que provê, pelo uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características de produtos, processos ou serviços cuja obediência não é obrigatória.” Padrões em comunicação ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ????????

Padrões de comunicação Padrão: “Documento aprovado por um organismo reconhecido que provê, pelo uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características de produtos, processos ou serviços cuja obediência não é obrigatória.” Padrões em comunicação 0100110100 1001010110 001010110 001110100 00101101 00010111 10010100 01010110 1000111010 0010110011 001010111 100101010 01010110 00110100 10010110 00110110 Interoperatividade

Sumário Introdução aos padrões em redes sem fio Padrão 802.11 (WiFi) Importância de padronização, quem é quem, princípios e processos de padronização Padrão 802.11 (WiFi) Local area networks Características, aplicações, e princípios de funcionamento Bluetooth (802.15.1) Personal area networks Visão geral, formação das PicoNets e aplicações ZigBee (802.15.4) Visão geral, diferenças entre os demais e aplicações Ultra Wideband (802.15.3a) Necessidade de largura de banda, funcionamento WiMAX (802.16) Metropolitan area networks Diferenças, cenários e aplicações

Introdução aos padrões Importância de padrões Vantagens em se aderir a um padrão: Maior mercado para as empresas Produção em massa dos dispositivos Economia na manufatura Implementação VLSI (very large-scale integration)

Introdução aos padrões Uma entidade central é responsável pelos padrões; Exemplos: Telecomunicações: ITU (International Telecommunication Union) Internet: IETF (Internet Engineering Task Force) Padrões Gerais: ISO (International Standards Organization) IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Padrões de Comunicação Sem Fio: Principal entidade: IEEE Padrões aceitos: 802.11, 802.15, 802.16

Introdução aos padrões Processo de padronização do IEEE: Aprovação do projeto Desenv. Do rascunho Votação e consenso Idéia + Projeto Publicação do padrão Aprovação do padrão (após 5 anos) Características do processo: Balanço, padrões abertos, discussão entre os envolvidos e consenso

Introdução aos padrões Um único padrão não é suficiente: Local area networks Personal area networks Metropolitan area networks Solução = diversos padrões: 802.11 - WiFi Bluetooth, ZigBee e Ultra Wideband WiMAX

Padrão 802.11 / wi-fi Objetivo: formação de uma rede local sem fio Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc

Padrão 802.11 / wi-fi Objetivo: formação de uma rede local sem fio Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc Basic Service Set Distribution System Basic Service Set Access Point Access Point Mobile Hosts

Padrão 802.11 / wi-fi Objetivo: formação de uma rede local sem fio Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc

Objetivo: formação de uma rede local sem fio Querem Trocar Dados Objetivo: formação de uma rede local sem fio Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc Dispositivo Móvel

Padrão 802.11 / wi-fi Dificuldades de acesso ao meio Problema da estação escondida Problema da estação exposta D B ???? ??????? ????????????? ???????????? ?????????? ?????? 10100 1001010110 001010110 C A Est. escondida

Padrão 802.11 / wi-fi Dificuldades de acesso ao meio Problema da estação escondida Problema da estação exposta D B C A Est. exposta

Padrão 802.11 / wi-fi Solução de acesso ao meio utilizada pelo 802.11: Origem Destino Solução de acesso ao meio utilizada pelo 802.11: CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance) Request to Send (RTS) Clear to Send (CTS) Dados Confirmação (ACK)

Padrão 802.11 / wi-fi Características do padrão 802.11 original: Publicação: 1997. Freqüência: 2.5 GHz. Taxa: 2 Mbit/s. Alcance: depende. Características do padrão 802.11b: Publicação: 1999. Freqüência: 2.5 GHz. Taxa: 11 Mbit/s. Alcance: 30m. Características do padrão 802.11a: Publicação: 1999. Freqüência: 5 GHz. Taxa: 54 Mbit/s. Alcance: 10 a 100m. Características do padrão 802.11g: Publicação: 2003. Freqüência: 2.4 GHz. Taxa: 54 Mbit/s. Alcance: 30m. Outros: 802.11e: suporte a QoS 802.11i: segurança reforçada

Padrão 802.15.1 bluetooth Necessidade de uma PAN sem fio: Histórico: WPAN: Wireless Personal Area Networks Interconectar computação e dispositivos de comunicação e acessórios utilizando rádios de baixo alcance, de baixa potência e baixo custo Histórico: Ericsson interessada em conectar celulares em outros dispositivos (1994) Formou um grupo de interesse especial (SIG) com outras quatro empresas: ► IBM, Intel, Nokia e Toshiba ► Formação do Bluetooth SIG

Padrão 802.15.1 bluetooth Entrada do IEEE: 1999: Especificação do Bluetooth é publicado pelo SIG com 1500 páginas Pouco tempo depois, o IEEE estava à procura de um padrão WPAN ► Adotaram o Bluetooth como base do 802.15.1 Porque padronizar algo tão bem especificado? Ter um padrão aberto gerenciado por uma entidade central Promover o uso do padrão Publicação do 802.15.1: 2002

Padrão 802.15.1 bluetooth Arquitetura do Bluetooth: S M S S S S M S S Piconet 2 Scatternet Bridge Slave Piconet 1 S S S S M S Master S Slave S

Padrão 802.15.1 bluetooth Aplicações do Bluetooth: conexão entre dispositivos como ► Headsets ► Laptops ► Máquinas Digitais ► Celulares ► PDAs ► Computadores Impressoras S M Piconet 2 Scatternet Bridge Slave Piconet 1 Slave Master

Padrão 802.15.1 bluetooth Principais serviços previstos na especificação: ► Substituto para a porta serial ► Acesso à LAN ► Realizar discagens (através de um celular) ► Acesso a fax ► Digital walkie-talkie ► Acesso a handsets ► Acesso a objetos simples ► Transferência de arquivos ► Descoberta de serviços

Padrão 802.15.1 bluetooth Características técnicas: Banda de freqüência: 2.4 GHz Largura de banda: 1 Mbit/s (prática: 721Kbit/s) Alcance do Sinal: 10 ou 100 m Modulação: frequency hopping O acesso ao meio é controlado pelo master evitando colisões Incompatibilidade com o 802.11: 802.11 e 802.15.1 utilizam a banda ISM (Industrial-Scientific-Medical) 2.4 GHz Resultado: interferência. Principalmente para o 802.11 Soluções utilizadas por algumas empresas: proibir uso do bluetooth

Padrão 802.15.4 - Zigbee Porque outro padrão WPAN? Vantagens do ZigBee Maior simplicidade Menor preço Menor consumo de energia Menor tamanho Vantagens do ZigBee Diversas topologias Tempo de vida das baterias medidas em anos Tamanho do código: 2 a 10% do Bluetooth

Padrão 802.15.4 - Zigbee Arquiteturas (topologias) Estrela Árvore Clusters Mesh

Padrão 802.15.4 - Zigbee Aplicações Automação: segurança física, controle de luz, controle de acesso Residencial: controle para TVs, DVDs e outros Computador: mouse, teclado, joystick Industrial: controle de acesso, controle de processo, ambiental, energia Médica: monitoração de pacientes Redes de sensores sem fio: monitoração de uma área de interesse

Padrão 802.15.4 - Zigbee Características Publicação: Maio de 2003 Freqüência: 2.4GHz 868 MHz na Europa 915 MHz nas Américas Taxa: 250Kbit/s (2.4GHz), 40 Kbits/s (915 MHz) e 20 Kbits/s (868 MHz) Acesso ao meio: CSMA/CA Custo de um dispositivo: $1.10 (2005)

Padrão 802.15.4 - Zigbee Comparação entre os três padrões estudados: Característica 802.11 Bluetooth ZigBee Tempo de Vida Horas Dias Anos Complexidade Muito Complexo Complexo Simples Tamanho ~1Mb ~1Mb ~20Kb Número de Nós 32 7 255/65535 Alcance 100m 10 a 100m 70-300m Taxa de Dados 54 Mbits/s 1Mbit/s 250Kbit/s Freqüência 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz, 868/915MHz Arquiteturas Estrela, Ad Hoc Estrela Diversos

Padrão 802.16- Wimax WiMAX Wireless Metropolitan Area Networks Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Metropolitan Area Networks Outdoor (externo) Alta largura de banda Funciona em grandes distâncias

Padrão 802.16- Wimax Semelhanças com o 802.11 Alta largura de banda Diferenças em relação ao 802.11 Outdoor Provê serviços para imóveis (que não são móveis – não migram de células) Sem preocupação com mobilidade Custos maiores (equipamentos melhores) Maior preocupação com segurança Número muito maior de usuários

Padrão 802.16- Wimax Aplicações: Alternativa ao DSL Alternativa ao Cabo (TV) “Último kilômetro”

Padrão 802.16- Wimax Tipos de Antena Omnidirecional Setorial Ponto a Ponto

Padrão 802.16- Wimax Características: Início: 1999. Aprovado: 2002 Acesso ao meio: Time Division Duplexing e Frequency Division Duplexing Freqüência: Não uniforme. 10 a 66 GHz e 2 to 11 GHz (802.16a) Não requer visada direta em alguns casos Alcance: até 50Km Taxa de dados: 50 - 150 Mbit/s Orientado a conexão. Provê suporte a QoS.

Conclusão Importância de padrões em comunicação Visão geral dos principais padrões em uso atualmente Redes Locais: 802.11 Redes Pessoais: Bluetooth, ZigBee, Ultra Wideband Redes de Longa Distância: WiMax