Tecnologias para Wireles LAN
(IEEE 802.11)
Aula 04
Padrão 802.11
Prof. Esp. Diovani MIlhorim
Padrões IEEE para Wireless

Rádio-freqüência:

Normatizados pelo IEEE, nos grupos do comitê 802,
especificamente:

802.11 – Normatiza a comunicação em rede local sem
fio WLAN.

802.15 – Redes locais pessoais WPAN e sua
interoperabilidade com WLAN

802.16 – Redes metropolitanas de acesso sem fio
WMAN

802.20 – Redes de acesso sem fio com usuários
móveis - proposta
Wireless LAN

WLAN (WiFi): Família 802.11x:
Sub-grupo
Freqüência
Velocidade
802.11a
5 Ghz
54 Mbps
Alcance
típico
(interno)
20 m
802.11b
2,4 Ghz
11 Mbps
40 m
802.11g
2,4 Ghz
54 Mbps
40 m
802.11n
2,4 Ghz
500 Mbps
Em estudo
Outros padrões IEEE 802.11x




802.11e – Características de QoS no nível MAC,
melhor gerenciamento de banda e correção de
erro
802.11f – IAPP – Inter-Access Point Protocol
802.11h – Espectro de freqüência e potência de
transmissão em 5Ghz na Europa
802.11i – Melhorias na segurança – inclusão do
AES (Advanced Encryption Standard)
Padrões IEEE 802.11x

Define duas formas de organizar redes WLAN:
 Ad-hoc:
 Apenas computadores computadores
isolados que formam uma rede Workgroup.
 Infra-estrutura:
 Computadores e um Access Point que
permite a integração desses computadores
com uma rede fixa.
Ad-Hoc
AD-HOC
Ad-hoc:




Rede wireless isolada
Sem estrutura prédefinida.
Cada computador é capaz
de se comunicar com
qualquer outro.
Pode ser implementado
através de técnicas de
broadcast ou mestre
escravo.
Também chamado de
IBSS: Independent
Basic Service Set
Infra-estrutura
INFRA-ESTRUTURA

Linha Física
Ponto
de
acesso
Rede wireless integrada a uma rede física
Infra-estrutura:

Os computadores se
conectam a um
elemento de rede
central denominado
access point.

Uma WLAN pode ter
vários access points
conectados entre si
através de uma rede
física.

Funciona de maneira
similar as redes
celulares.
Rede WLAN com Access Point

ESS: (Extended Service Set)


Conjunto de BSS com áreas de cobertura sobrepostas.

Toda comunicação é feita através do Acces Point

A função do access point é formar uma ponte entre a rede
wireless e a rede física.
Esta comunicação de WLAN é chamada de infra-estrutura.
IEEE 802.11 e Modelo OSI


O padrão WLAN
pertence a família
IEEE 802.x.
Como os demais
membros dessa
família, a WLAN
define o
funcionamento da
camada física e da
subcamada MAC.
Camada Física (IEEE 802.11)


A camada Física é responsável pela transmissão dos dados.
Duas técnicas são possíveis:

Transmissão por RF:

Utiliza a faixa de freqüência entre 2.4 - 2.4835 GHz

O sinal pode ser interceptado por receptores
colocados fora do prédio.

Transmissão por pulsos de Infra-Vermelho

Utiliza faixas de 300 - 428,000 GHz

Mais seguro, mas é afetado pela luz do sol e por
obstáculos.
Transmissão por RF

A transmissão por RF utiliza uma faixa que é reservada no
mundo inteiro:

Faixa reservada para aplicações industriais, médicas e de
pesquisa.
Modulação IEEE 802.11




Banda Passante Disponível (2,4GHz):
 Aproximadamente 80 MHz
Dois modos de modulação são especificados:
 DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
 FHSS: Frequency Hoped Spread Spectrum
Na especificação 802.11 dois modos de modulação
podem ser utilizados FHSS ou DSSS.
Para a especificação 802.11b somente o modo DSSS é
utilizado.
CHIPPING ...

Técnica para tornar o sinal mais robusto em relação ao ruído.

Cada bit é representado por um símbolo (CHIP), contendo
vários bits.

A redundância do sinal permite verificar e compensar
erros.

A redundância permite distribuir melhor o espectro de
potência do sinal.
Seqüência de bits de dados
Seqüência de Símbolos
Técnicas de Modulação Utilizadas
BPSK
(Binary Phase
Shift Keying ):
Utiliza símbolos de 11 bits
(1 símbolo = 1 bit de dados).
Taxa de transferência 1 MSps = 1 Mbps
(Msps: milhão de símbolos por segundo)
QPSK
(Quadrature
Phase Shift
Keying)
Utiliza símbolos de 11 bits
(1 símbolo = 2 bits de dados)
Taxa de transferência 1 MSps = 2 Mbps
CCK
(Complementary
Code Keying)
Utiliza símbolos de 8 bits, transmitidos em conjuntos de 64
palavras.
A taxa de transmissão é de 1.325MSps.
Os símbolos pode representar :
4 bits de dados: 5,5 Mbps
8 bits de dados: 11 Mbs.
Representação da Informação


Cada bit de informação é combinado com um número pseudo
randômico (PN – Pseudo-random Numerical Sequence)
através de uma operação XOR.
O resultado então é modulado para transmissão em RF.
Recepção da Informação

Na recepção, o PN é retirado para recuperar o
sinal original. O XOR com o número randômico
permite retirar interferências somadas ao sinal
durante a transmissão.
Efeito do XOR com o número randômico


As taxas de transmissão de 1 e 2 Mbps foram inicialmente especificadas.

Estas taxas foram ampliadas para 5.5 e 11 Mbps, recentemente.
O efeito do XOR é de espalhar o espectro mantendo a potência total do sinal
constante.

Deste efeito de espalhamento resulta o nome das técnicas de
modulação: DSSS e FHSS.
XO
R
f
Após o XOR, o espectro de freqüência é maior, mas a potência é constante.
Observe que os picos de potência são reduzidos.
f
Frequency Hopping Spread Spectrum
(FHSS)



Utilizada somente na especificação IEEE 802.11.
A banda passante é dividida em 79 canais de 1MHz, não
sobrepostos.

Taxa máxima de transmissão 1 MSps.

1 ou 2 Mbits/s
O transmissor deve mudar de canal de acordo com uma
seqüência pseudo-randômica

dwell time = 20 ms (tempo máximo numa dada
frequência).
Frequency Hopping Spread Spectrum
(FHSS)

Potência máxima a 1 W (mas, o dispositivo deve ser capaz de
reduzir sua potência a 100 mW).

Transmissão em NRZ

Quadros definidos de acordo com o padrão da camada
física (PHY), que inclui delimitadores de quadro e CRC de
16 bits.

Um mecanismos de sincronização distribuído é definido
para fazer com que os saltos de frequencia ocorram no
mesmo instante.
Frequency Hopping Spread Spectrum
(FHSS)


Lista de frequências ordenadas pseudo-randômicas (FCC
15.247)

78 padrões de frequência organizadas em 3 grupos de 26
padrões cada.

2042+(b[i]+k) mod 79

onde:
 b[i] é a freqüência de base.
 2042, 2456, 2472, 2447, etc.
 k é o número da sequencia pseudo-randômica.

Seqüências de um mesmo grupo colidem em média 3
vezes e, no máximo, 5.
FH permite a co-existência de 26 redes.
Direct Sequence Spread Spectrum
(DSSS)



Nesta técnica, a banda de 2.4GHz é
dividida em 14 canais de 22MHz.
Canais adjacentes sobrepõe um ao outro
parcialmente, com 3 dos 14 canais sendo
totalmente não sobrepostos.
Os dados são enviados por um destes
canais de 22MHz sem saltos para outras
freqüências.
Canais WLAN

Observa-se que apesar da modulação DSS definir 14 canais,
apenas 3 não são sobrepostos.
Número de Canais de WLAN


A faixa de freqüências disponível, 2.4 - 2.4835 GHz
(83,5 MHz) permite acomodar até 3 canais WLAN sem
sobreposição.
Ou seja, num mesmo espaço física pode ser
estabelecidos até três comunicações simultâneas sem
interferência.
Velocidades de DSSS

A especificação 802.11b determina a troca da taxa de
transferência dinamicamente dependendo das condições do
sinal, de acordo com a tabela abaixo:
Camada MAC e CSMA/CA


Para permitir a construção de redes WLAN com
muitos computadores e apenas três canais
disponíveis, uma protocolo de controle de acesso
ao meio foi definido pelo IEEE 802.11.
Este protocolo é implementado pela camada MAC,
sendo responsável por evitar colisões entre os
computadores que utilizam o mesmo canal.
Algoritmo MAC

O algoritmo MAC utiliza duas técnicas
combinadas:
 Carrier Sense Multiple Access with
Collision Avoidance (CSMA/CA) protocol.
 DCF: Distributed Coordination Function
CSMA/CA

O CSMA/CA pode ser resumido como segue:
 A) O computador escuta o meio antes de
transmitir.
 B) Se o meio estiver ocupado ele seta um
contador de espera com um número randômico.
 C) A cada intervalo que ele verifica que o meio
está livre ele decrementa o contador. Se o meio
não estiver livre ele não decrementa.
 D) Quando o contador atinge zero ele transmite
o pacote.
Distributed Coordination Function:
DCF

O IEEE 802.11 é incapaz de determinar se ocorreram colisões. Por
isso cada pacote recebido corretamente é verificado pelo receptor.
transmissor
RTS (Ready to Send)
Tamanho do pacote
receptor
CTS (Clear to Send)
Pacote de dados
ACK (Clear to Send)
Verifica
CRC
Problema do Nó Escondido

A troca de RTS e CTS é feita para evitar colisões entre nós que
estão em regiões de cobertura deferente.
A quer falar com B, mas este está ocupado falando com C.
Prioridade das Mensagens ACK


SIFS: Short Inter Frame Space.
DIFS: DCF Inter Frame Space.

ACK: maior prioridade.

Outros frames: devem esperar o DIFS.
Tipos de Frames

Os principais tipos de frames são:

Data Frames:

Frames para transmissão de dados;

Control Frames:

São frames utilizados para controle de acesso ao
meio, entre eles estão RTS, CTS e ACK;

Management Frames:

São frames transmitidos da mesma forma que os
frames de dados, porém com informações de
gerenciamento. Estes frames não são repassados
para as camadas superiores da pilha de protocolo;