IEEE 802.11 - Wi-Fi
Carlos A. Froldi
Tópicos em Redes de Comp. I
Prof. Edmundo Madeira
IEEE 802.11 - Wi-Fi

Considerações iniciais e princípios de funcionamento

Provisão de qualidade de serviço

Aspectos práticos e implementação
Considerações inicias e princípios de
funcionamento




resolução 802.11 do IEEE trata da padronização de redes locais sem fio
(WLANs), primeiro padrão foi desenvolvido em 1997
meta fundamental era fornecer serviços compatíveis com as redes
802.3 (Ethernet)
Uma rede WLAN pode substituir ou estender uma rede local cabeada
(LAN) provendo funcionalidades adicionais
O padrão 802.11 especifica as camadas física e de controle de acesso
ao meio (MAC)
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Facilidades providas por uma rede WLAN:

Re-alocação de dispositivos sem a necessidade de alteração no
cabeamento

Cobertura de locais com dificuldade de suportar uma rede cabeada

Prover mecanismos que permitam aos dispositivos pertencentes a
mesma utilizar-se das facilidades providas pela computação móvel

Quando utilizadas em conjunto com as LANs podem prover aos
dispositivos sem fio toda a infra-estrutura de acesso a Internet
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Aspectos a serem considerados na utilização de Wlans:

Transmissão do sinal

Taxa de transmissão

Taxa de erros
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
A camada física do padrão 802.11 é ilustrada a seguir:
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
PLCP (Physical Layer Convergence Procedure)


Na transmissão fica “esperando” o recebimento de frames da camada
MAC, converte os mesmos para que possam ser transmitidos e os envia
a PMD
Na recepção efetua a operação inversa, ou seja, fica “escutando” o
meio
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
PLCP (Physical Layer Convergence Procedure)
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
PMD (Physical Medium Dependent):

Espalhamento de espectro por salto de freqüência (FHSS)

Espalhamento de espectro por seqüência direta (DSSS)

Infravermelho
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
FHSS

Utiliza faixas de freqüência não licenciadas, ou seja banda ISM
(Industrial Scientifc Medical)

Largura de banda disponível é dividida em vários canais de freqüência

A estação, em curtos instantes de tempo durante a recepção e envio
de dados, salta para outro canal seguindo um padrão aleatório

79 canais diferentes podem ser utilizados, iniciando em 2,402Ghz e
variando em 1Mhz a cada canal

A taxa básica é de 1 a 2 Mbps – utilizando a modulação gaussiana por
chaveamento de freqüência (GSFK) de 2 ou 4 níveis respectivamente
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
DSSS

Transmissões simultâneas são separadas por códigos

Uma operação XOR é realizada entre os dados originais e um fator de
espalhamento e, como resultante tem-se a sub-divisão dos símbolos
que constituem os dados em intervalos chamados chips

O espalhamento é dividido em 11 subcanais, cada um com 11 Mhz

Cada símbolo espalhado utiliza uma seqüência de Barker de 11 chips
(+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1)

Redes locais devem utilizar canais cujas freqüências sejam separadas
por no mínimo 25 Mhz
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Distribuição de canais no DSS:
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Ocupação dos canais no banda de transmissão:
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Utilização de múltiplos canais no DSS:
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Infravermelho

Projetado para ambientes fechados

Ondas com comprimentos entre 850 à 950 nm

Transmissões com alcance de 10 metros

Taxas entre 1 a 2 Mbps utilizando modulação por posição de pulso
(PPM)
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Extensões ao padrão original 802.11:

802.11b

802.11a

802.11g
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
802.11b

Tido como a primeira padronização que possibilitou a redes sem fio
funcionalidade comparável a redes Ethernet

Recebeu o selo Wi-Fi, abreviação em inglês de Wireless Fidelity
(Fidelidade Sem Fio) por um grupo denominado WECA

Utiliza na camada física uma extensão do DSSS, emprega um
chaveamento de código complementar (8-chip Complementary Code
Keyng – CCK) pode fornecer taxas de 5,5 a 11 Mbps

Compatibilidade com o padrão original 802.11 garantido pela PLCP
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
802.11a

Utiliza multiplexação por divisão ortogonal de freqüência (OFDM)

opera na faixa de freqüência de 5 Ghz

OFDM divide o sinal em 48 subportadoras para prover taxas de 6 a 54
Mbps

Utiliza como modulações: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM

Padrão não mantém compatibilidade com 802.11 e 802.11b
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
802.11g

Utiliza OFDM, de forma similar ao padrão 802.11a, porém em uma
freqüência de 2.4 Ghz

Taxas de 6 a 54 Mbps

Padrão mantém compatibilidade com 802.11 e 802.11b

Utiliza mesmas modulações que o padrão 802.11a
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Subcamada de Acesso ao Meio (MAC)

Serviço de entrega confiável

Controlar o acesso ao canal sem fio

Proteger dados utilizando técnicas de criptografia
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Subcamada de Acesso ao Meio (MAC)

Emissor aguarda confirmação (ACK) do receptor após envio de quadro,
na ausência do mesmo o quadro é retransmitido

Retransmissão poderia ser implementada nas camadas superiores,
porém é mais eficiente efetuar este controle na camada MAC
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Função de Coordenação Distribuída (DCF)
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Função de Coordenação Distribuída (DCF)

Utiliza o CSMA/CA para acesso ao meio

Processo de backoff quando o meio está ocupado por um período DIFS



Estação calcula um tempo randômico levando em conta o tamanho da
janela de contenção (CW)
Janela aumenta a cada transmissão mal sucedida e tempo de backoff é
recalculado
tempo de backoff é decrementado sempre que o canal é detectado
ocioso durante o tempo DIFS, quando atinge valor zero a estação
transmite
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Problema da estação exposta e estação escondida
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Função de Coordenação Centralizada (PCF)

Livre de contenção, baseia-se em consultas periódicas (polling) as
estações para determinar quem terá acesso ao meio

O AP geralmente implementa um ponto de coordenação

Estações são consultadas periodicamente para utilização do meio
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Fragmentação
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Proteção e integridade dos dados:

Meio sem fio mais sensível a intrusos

Implementa métodos de cifragem na camada MAC

Atualmente Existem dois padrões utilizados na prática: WEP e WPA
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
As redes Wlan podem ser divididas em 2 arquiteturas:
Rede Wlan Ad-hoc
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Rede Wlan centralizada
Considerações inicias e princípios de
funcionamento
Aumento da utilização de Wlans:



Redução grande nos custos envolvidos
Utilização de faixas de freqüências livres ou não licenciadas que
simplificam sua utilização
Aumento das taxas de transmissão
Provisão de Qualidade de Serviço
Propostas de diferenciação de serviços baseados nas estações:


PFC – envolvem esquemas de consulta que levam em conta prioridade
das estações
DFC – propostas elaboradas para trabalhar com priorização de
estações, para isto alteram os parâmetros da camada MAC
Provisão de Qualidade de Serviço
Esquema Aad




Altera os parâmetros da camada MAC de acordo com a prioridade da
estação
Parâmetros alterados são: função de aumento do backoff, CW min,
DIFS e tamanho máximo do quadro
Estações com maior prioridade têm “maior agilidade” para utilização do
meio
Na prática oferece diferenciação apenas ao tráfego UDP
Provisão de Qualidade de Serviço
Esquema Blackburst




Estações de alta prioridade acessam o meio em intervalos iguais e
constantes
Estação verifica se o meio está livre por um intervalo PIFS e então
envia o quadro
Se meio está ocupado a estação envia uma rajada (black burst) para
congestionar o meio
Estações de baixa prioridade utilizam o esquema convencional de
acesso do 802.11
Provisão de Qualidade de Serviço
Extensão 802.11e

Criada para prover diferenciação por fluxo de dados e não por estação

Introduz uma camada de coordenação híbrida (HCF)



HCF possui um coordenador híbrido (HC), responsável pela
funcionalidade de QoS, geralmente implementado no AP
Estações são chamadas de QSTAs (QoS Station)
Prove o modo de acesso EDCF que complementa o modo de acesso
DCF para utilização de diferenciação de serviços
Provisão de Qualidade de Serviço
Extensão 802.11e





Disponibiliza 8 categorias de acesso (AC) nas QSTAs para suportar até
8 prioridades do usuário (UP)
Em cada estação uma ou mais UPs são atribuídas para cada AC
Prioridades são atribuídas através de configurações dos parâmetros da
camada MAC (ex.valores de CW)
Novo tipo de intervalo chamado AIFS (DIFS + slot de tempo)
Cada categoria de tráfego (TC) em uma estação comporta-se como
uma estação virtual
Provisão de Qualidade de Serviço
Extensão 802.11e



TCs disputam o meio e implementam processos de backoff
independentes (o que ocorre com backoffs que zeram ao mesmo
instante de tempo???)
Para melhorar o desempenho e a utilização do canal, as estações
realizam a transmissão de quadros em rajadas durante intervalos de
tempo chamados TxOps
Os parâmetros de QoS utilizados nas estações são definidos pelo HC,
sempre baseando-se em 8 prioridades, os mesmo são informados a
cada QSTA para que possa haver o estabelecimento da funcionalidade
de QoS
Provisão de Qualidade de Serviço
Extensão 802.11e
Aspectos práticos e implantação
Duas perguntas básicas para iniciar um projeto de Wlan:


Utilização em ambientes indoor (ex.dentro de um prédio) ou outdoor
(ex.ligando dois prédios)??
Utilização de antenas que utilizam propagação por espalhamento,
direcional ou serial ??
Aspectos práticos e implantação
Ominidirecional
Setorial
Direcional
Aspectos práticos e implantação
Estudo de caso da rede Wlan do IC

Padrão adotado

Características físicas do prédio

Prover mobilidade e conseqüentemente comutação entre células
Aspectos práticos e implantação
Definições importantes:

SSID (service set indentify)

Métodos de cifragem de dados

Impacto de interferências
Aspectos práticos e implantação
RTS/CTS utilização ou não ??
T = ttr + tov
ttr - tempo de transmissão
tov - tempo de overhead
Do tempo de overhead podemos concluir que:
tov = DIFS + tpr + SIFS + tpr + tack
O tempo tpr é decorrente da transmissão do preamble e header da PLPC
Aspectos práticos e implantação
RTS/CTS utilização ou não ??
DIFS = 50 us
SIFS = 10 us
tack = 10 us (para ACKS menores que 112 bits)
tpr = 192 (para taxas maiores que 1Mbps)
Considerando o frame de 1500 bytes podemos afirmar:
P = ttr / T = 0,70
Aspectos práticos e implantação
RTS/CTS utilização ou não ??
Aspectos práticos e implantação
RTS/CTS utilização ou não ??
Aspectos práticos e implantação
RTS/CTS utilização ou não ??
Compatibilidade entre padrões
802.11b
802.11g
802.11g
Compatibilidade entre padrões
Conclusão
 Redes sem fio, em comparação a redes cabeadas, possuem limitações
quanto a taxa de transmissão
 Redes sem fio são mais sensíveis a interferências e ruídos no sinal de
transmissão, acarretando um esforço maior para administração das mesmas
 No que diz respeito a segurança e integridade dos dados, redes sem fio são
mais vulneráveis que redes cabeadas
 Deve-se optar por redes sem fio quando não há a possibilidade e/ou
viabilidade para utilização de cabos
Utilização do ISM é uma “faca de dois gumes”
Bibliografia
Site do Lab. de Redes sem fio da Intel - http://intel.lab.ic.unicamp.br/twiki/bin/view/INF504/Arquivos
Site do IEEE - http://grouper.ieee.org/groups/802/11/
Freitag, J – Provisão de Qualidade de Serviço em Redes IEEE 802.11 – Dissertação de Mestrado –
Agosto de 2004