Prof: Carlos Alberto Vieira Campos

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1 Prof: Carlos Alberto Vieira Campos
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 200 54 5-11
802.11a,g (WiMAX) 5-11 802.11b Taxa de dados (Mbps) 4 Melhorias 3G UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO 1 802.15 0,384 UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G 0,056 IS-95, CDMA, GSM 2G Indoor 10-30m Outdoor 50-200m Outdoor médio alcance 200m – 4 Km Outdoor longo alcance 5Km – 20 Km

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 Independent BSS (IBSS) Modo ad hoc
modo usado nas MANETs e DTN

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

14 Alguns problemas em redes sem fio
terminal escondido A A B C D

15 Alguns problemas em redes sem fio
Terminal escondido A A B C C D

16 pensa que não pode transmitir para B
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 “pensa”que 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. pensa que não pode transmitir para B A B B C C D

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: Várias técnicas de modulação: As mais populares definidas: “b”, “a”, “g” e “n”. Os demais sub-padrões incluem melhorias de serviço e extensões ou correções de especificações anteriores;

18 Sub-padrões IEEE 802.11 Padrão Descrição IEEE 802.11
“Original”; 1 e 2 Mbit/s; 2,4 GHz RF e IR (1997) IEEE a 54 Mbit/s, 5 GHz (1999) IEEE b 5.5 e 11 Mbit/s, 2,4 GHz (1999) IEEE d Extensão de roaming Internacional (2001) IEEE e Melhorias para suporte a QoS (2005) IEEE f Protocolo entre pontos de acesso- handoff (2003) IEEE g 54 Mbit/s, 2,4 GHz, compatível com b (2003) IEEE i Melhorias de segurança (2004) IEEE802.11n Aumento na largura de banda, centenas de Mbps

19 Wi-Fi - IEEE IEEE a Opera na faixa de freqüência de 5 GHz. Taxa de dados máxima de 54 Mbit/s. Método de acesso ao meio é o CSMA/CA. Técnica de modulação OFDM – Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ). NÃO é compatível com b e g

20 Wi-Fi - IEEE IEEE b Opera na faixa de freqüência de 2.4 GHz. Taxa de dados máxima de 11 Mbit/s. Método de acesso ao meio é o CSMA/CA. Técnica de modulação DSSS – Espalhamento de Espectro por Seqüência Direta (Direct sequence spread spectrum). 1º padrão comercial amplamente difundido.

21 Wi-Fi - IEEE IEEE g Opera na faixa de freqüência de 2.4 GHz. Taxa de dados máxima de 54 Mbit/s. Método de acesso ao meio é o CSMA/CA. Técnica de modulação OFDM – Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ). É COMPATÍVEL com b.

22 Wi-Fi - IEEE 802.11 IEEE 802.11n draft
Opera na faixa de freqüência de 2,4 GHz e 5 GHz. Taxa de dados de até 300 Mbit/s. Técnica de modulação OFDM-MIMO, Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal - (Multiple-Input Multiple-Output). Teoricamente pode ser COMPATÍVEL com os outros padrões.

23 O uso de canais e a associação no ponto de acesso
 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 6 - 23

24 O controle de acesso ao meio
 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) 6 - 24

25 O controle de acesso ao meio
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 O protocolo CSMA/CA Transmissor 802.11
1. 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)

27 Evitando colisões 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 Incluir figura com RTS e CTS (Fig. 6.10) Evita colisões de quadros de dados completamente usando pequenos quadros de reserva! 6 - 27 27

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

29 Quadro 802.11: endereçamento
Endereço 4: usado apenas no modo ad hoc 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 Explicar melhor (detalhar) a utilização destes campos de endereço Endereço 2: endereço MAC do hospedeiro sem fio ou AP transmitindo este quadro 6 - 29 29

30 Quadro 802.11 # seg do quadro Duração do tempo de (para ARQ confiável)
transmissão reservada (RTS/CTS) Tipo de quadro (RTS, CTS, ACK, dados) 6 - 30

31 Wi-Fi - IEEE Aplicações: Escritórios Residenciais

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