FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
GIOVANA CAVALHEIRO
PROJETO DE IMPLEMENTAÇÃO DE REDE WiMAX PARA A CIDADE DE SÃO
JOSÉ DOS CAMPOS
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
2010
ii
GIOVANA CAVALHEIRO
PROJETO DE IMPLEMENTAÇÃO DE REDE WiMAX PARA A CIDADE DE SÃO
JOSÉ DOS CAMPOS
Trabalho de graduação apresentado à Fatec de
São José dos Campos, como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do título
de Tecnólogo em Redes de computadores.
Orientador: Prof. José Carlos Lombardi, Dr.
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
2010
iii
iv
Dedico este trabalho em primeiro lugar
a Deus que sempre me guia pelos
melhores caminhos, aos meus pais pelo
apoio, carinho e paciência, e aos meus
amigos por todo o apoio.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus, por sempre estar ao meu lado, me guiando e me
mostrando sempre qual estrada seguir. Ao meu orientador Professor José Carlos
Lombardi, por aceitar me orientar e acreditar no meu trabalho, ao professor Giuliano
Bertoti, por não permitir que eu desistisse da vida acadêmica, aos demais professores
por toda orientação, paciência, apoio e brincadeiras durante as aulas. Aos meus pais:
minha base e meu apoio por todo o carinho, paciência e principalmente amizade. A
minha amiga e irmã Danielle pela ajuda nos momentos difíceis, não só durante minha
trajetória acadêmica, mas durante a vida. E finalmente aos meus colegas de faculdade,
Luiz Felipe, Juliano, Charles, Leonardo Aleixo, Léia e Cláudia por toda ajuda e carinho
durante estes três anos de convivência, por proporcionar tantos momentos felizes e
engraçados, vocês são inesquecíveis.
vi
RESUMO
As redes de computadores fazem parte do universo da população mundial. Desde simples
redes domésticas até grandes empresas precisam delas para a comunicação e transferência de
dados. Sem as redes, a comunicação seria mais demorada e cara. Porém, uma grande parte
da população ainda não tem acesso a internet, devido aos auto custos dos provedores de
acesso, equipamentos caros e falta de provedores de internet que consigam levar este serviço
a todos os locais de uma cidade, seja por causa de topologia ou falta de infra-estrutura. Uma
das possíveis soluções para este problema são as redes WiMAX. Elas permitem o acesso a
internet independente da topografia de uma cidade, e a preços módicos, pois com apenas uma
estação base, pode-se fornecer o serviço a vários assinantes, sem a necessidade de cabos. O
objetivo deste trabalho é apresentar um projeto de rede WiMAX para a cidade de São José
dos Campos.
PALAVRAS- CHAVE: Tecnologia WiMAX, Projeto de redes, Tecnologias de rede sem fio
vii
ABSTRACT
A PROJECT FOR A WIMAX NETWORK IMPLEMENTATION TO THE CITY OF SÃO
JOSÉ DOS CAMPOS
Computer network are part of the universe of world population. From a simple home network
to the largest enterprise they need to communicate and transfer data. Without networks,
communication would be expensive and long. However, a large proportion of the population
still lacks access to the Internet due to the cost of auto service providers, expensive equipment
and lack of internet service providers who can bring this service to all locations within a city,
either because of topology or lack of infrastructure. One of the possible solutions to this
problem is the WiMAX networks. It provides access to the Internet independent of the
topography of a city, and affordable, because with only one base station it can provide
service to multiple subscribers without the need for cables. The aim of this paper is to present
a WiMAX network design for the city of São José dos Campos.
KEYWORDS: WiMAX Technology, Design of networks, wireless technologies
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Modelo de topologia em barramento................................................................... 15
Figura 2.2 – Modelo de topologia estrela................................................................................. 16
Figura 2.3 – Rede lan............................................................................................................... 16
Figura 2.4 – Rede man............................................................................................................. 17
Figura 2.5 – Rede wan.............................................................................................................. 17
Figura 2.6 – Modelo de rede ponto-a-ponto............................................................................. 19
Figura 2.7 – Modelo de rede ponto-multiponto....................................................................... 20
Figura 2.8 – Modelo de rede ad-hoc........................................................................................ 20
Figura 2.9 – União de duas bss formando uma ess.................................................................. 23
Figura 2.10 – Exemplo de roaming.......................................................................................... 25
Figura 3.1 – Linha de visada.................................................................................................... 29
Figura 3.2 – Sem linha de visada............................................................................................. 30
Figura 3.3 – Arquitetura ponto-a-ponto................................................................................... 32
Figura 3.4 – Arquitetura ponto-multiponto.............................................................................. 33
Figura 3.5 – Arquitetura mesh.................................................................................................. 34
Figura 4.1– Antenas wimax – da prestadora (externa) e do cliente (interna)........................ 39
Figura 4.2 – Access point modelo wap 450………………………………………………..
41
Figura 4.3 – Modem usb....................................................................................................... 42
Figura 4.4 – Exemplo de triangulação..................................................................................... 43
Figura 5.1 – Mapa de São José dos Campos destacando suas regiões..................................... 48
Figura 5.2 – Topografia da cidade de São José dos Campos................................................... 51
Figura 5.3 – Cidade de São José dos Campos......................................................................... 52
Figura 5.4 – Vista aérea da cidade.......................................................................................... 53
ix
Figura 5.5 – Vista panorâmica de bairro joseense....................................................................53
Figura 5.6 – Vista panorâmica da cidade................................................................................ 54
Figura 5.7 – Estação radio-base waymax@vantage................................................................. 55
Figura 5.8 – Estação radio-base ysemax (wry035-b)............................................................... 56
Figura 5.9 – Subscriber station da alvarion’s breezemax......................................................... 57
Figura 5.10 – Estação cliente da siemens gigaset se461.......................................................... 58
Figura 5.11 – Topologia adotada na cidade de São José dos Campos.................................... 59
Figura 5.12 – Demonstração da instalação das estações base.................................................. 59
Figura 5.13 - Amostra de transmissão do sinal wimax pelas antenas instaladas na cidade..... 59
x
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ............................................................................................... 11
1.1
MOTIVAÇÃO ..................................................................................................... 11
1.2
OBJETIVOS ........................................................................................................ 12
1.2.1
OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 12
1.2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 12
1.3
METODOLOGIA ................................................................................................. 13
2
REDES DE COMPUTADORES.................................................................. 14
2.1
CONCEITOS BÁSICOS DE REDES DE COMPUTADORES....................................... 14
2.1.1
APLICAÇÕES DAS REDES DE COMPUTADORES.................................................. 17
2.2
REDES SEM FIO ................................................................................................. 19
2.3
REDES SEM FIO 802.11...................................................................................... 22
2.4
ARQUITETURA DE REDE SEM FIO 802.11 ......................................................... 22
2.5
ROAMING ........................................................................................................... 25
2.6
TRANSMISSÃO VIA WLAN ................................................................................ 26
2.7
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 27
3
PADRÃO 802.16............................................................................................ 28
3.1
WIMAX ............................................................................................................ 28
3.2
O WIMAX FÓRUM ........................................................................................... 29
3.3
PADRÃO IEEE 802.16 ...................................................................................... 29
3.4
TIPOS DE SERVIÇOS DO WIMAX E OS PADRÕES IEEE ................................... 30
3.5
FUNCIONAMENTO DAS REDES WIMAX ............................................................ 31
3.6
WIMAX NOMÁDICO E MÓVEL........................................................................ 32
3.6.1
WiMAX Nomádico..........................................................................................30
3.6.2
WIMAX MÓVEL .............................................................................................. 32
3.7
ARQUITETURA DE REDE ................................................................................... 33
3.7.1
ARQUITETURA PONTO A PONTO ....................................................................... 33
3.7.2
ARQUITETURA PONTO-MULTIPONTO ............................................................... 34
3.7.3
ARQUITETURA MESH ....................................................................................... 34
3.8
VANTAGENS E DESVANTAGENS DO WIMAX ................................................... 35
xi
3.8.1
VANTAGENS ...................................................................................................... 35
3.8.2
DESVANTAGENS ................................................................................................ 36
3.9
TOPOGRAFIA..................................................................................................... 36
3.10
TIPO DE COBERTURA ........................................................................................ 37
3.11
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 38
4
PROJETANDO UMA REDE WIMAX....................................................... 39
4.1
INICIANDO O PROJETO...................................................................................... 39
4.2
EQUIPAMENTOS WIMAX ................................................................................ 40
4.2.1
TIPOS DE ANTENAS ........................................................................................... 42
4.2.2
OUTROS EQUIPAMENTOS WIMAX .................................................................. 42
4.3
INSTALAÇÕES DAS ESTAÇÕES BASE................................................................. 44
4.4
INSTALAÇÃO DO WIMAX EM RESIDÊNCIAS.................................................... 45
4.5
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 45
5
UTILIZANDO O MÉTODO SITE SURVEY PARA DESENVOLVER UM
PROJETO DE REDES WIMAX PARA SÃO JOSÉ DOS CAMPOS...... 46
5.1
METODOLOGIA SITE SURVEY ........................................................................... 46
5.1.1
SITE SURVEY
5.2
FINALIDADES DO PROJETO ............................................................................... 47
5.3
ANÁLISE DO AMBIENTE .................................................................................... 48
5.3.1
OBSTÁCULOS DO AMBIENTE ............................................................................ 52
5.3.2
QUANTIDADE DE USUÁRIOS E O LINK DE INTERNET ......................................... 53
5.4
INFRA-ESTRURUTA ........................................................................................... 54
5.5
TOPOLOGIA E DISTRIBUIÇÃO DAS ESTAÇÕES BASE........................................ 57
5.6
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 59
6
CONCLUSÃO................................................................................................ 60
6.1
CONTRIBUIÇÕES E CONCLUSÕES ..................................................................... 60
6.2
TRABALHOS FUTUROS ...................................................................................... 61
EM REDES WIRELESS ................................................................. 46
REFERÊNCIAS......................................................................................................................60
11
1
INTRODUÇÃO
1.1
Motivação
Com os avanços e melhorias das tecnologias de redes, e o crescimento de padrões de conexão
sem fio, a internet wireless vem conquistando novos usuários a cada ano, graças a suas
vantagens em relação às redes cabeadas.
As restrições da conexão através de cabo começam com as limitações físicas. Este tipo de
rede não chega a todos os lugares, como por exemplo, zona rural e áreas de difícil acesso ou
com uma topologia complicada, como lugares montanhosos, já que os cabos tem que ser
conectados a um meio físico para transmitir o sinal e só conseguem uma área de abrangência
de 100 metros com cabos metálicos. Levar internet a estes lugares aumentaria os custo de
implementação e manutenção, e ainda teriam a necessidade da instalação de repetidores
durante o trajeto da rede elevando o preço do serviço ao usuário, sem contar a baixa qualidade
do serviço.
Entre as tecnologias sem fio, destaca-se o Wi-Fi e o WiMAX. As redes Wi-Fi têm limitações
geográficas e de velocidade. Este tipo de rede é acessada através de pontos de acesso
chamados hot spots, os usuários deste tipo de tecnologia ganham mobilidade, mas a curtas
distâncias, quando o usuário sai de perto destes pontos de acesso a conexão é interrompida,
por isso seu uso é restrito a prédios, shoppings ou residências, pois quanto maior for a área de
cobertura do sinal, mais pontos de acesso devem ser instalados, elevando o preço do serviço.
Com relação à velocidade, as redes sem fio perdem se comparadas com a tecnologia WiMAX,
pois esta provê uma conexão de maior velocidade.
O grande diferencial da tecnologia WiMAX é a vasta área de cobertura e grande largura de
banda. Com apenas uma antena, pode-se abranger uma área de cobertura que varia entre três e
nove quilômetros, dependendo da condição geográfica e física da área onde a antena será
instalada.
12
Outra vantagem do sistema WiMAX é o combate a exclusão digital. Este tipo de sistema
possibilita levar a internet a áreas remotas como a zona rural, ou levar internet para setores
que possuem computador, porém sem acesso a rede, como escolas e órgãos públicos. Nas
escolas as crianças têm acesso ao computador, mas as escolas têm falhado na missão de
democratizar o uso da internet. Segundo dados do comitê para a democratização da
informática, em 2001 apenas 12,46% da população brasileira têm acesso a computadores e
somente 8,31% estão conectados à internet. Outra vantagem deste tipo de rede se aplica ao
notebook de 100 dólares, que fornecem acesso à internet para milhares de alunos carentes,
levando este serviço para bairros distantes e periferias.
1.2
Objetivos
A seguir são apresentados os motivos que levaram ao desenvolvimento deste trabalho.
1.2.1
Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho é apresentar um projeto de rede WiMAX para a cidade de São José
dos Campos
1.2.2
Objetivos Específicos
O objetivo específico deste trabalho é:
a) demonstrar um modelo de rede WiMAX em São José dos Campos;
b) determinar quais equipamentos WiMAX melhor se adequam a cidade;
c) determinar a instalação das estações base;
13
d) determinar a instalação da rede em residências;
e) avaliar as vantagens e limitações da instalação de uma rede WiMAX.
1.3
Metodologia
A metodologia do trabalho será por meio de estudo de caso, e criação de um projeto de
implementação de uma rede WiMAX para a cidade de São José dos Campos utilizando os
conceitos desta tecnologia e a metodologia de Site Survey.
14
2
Redes de Computadores
O objetivo deste capítulo é apresentar conceitos básicos de redes de computadores. Mostrar
conceitos básicos de redes cabeadas, redes sem fio e seus principais padrões e tipos de
transmissão.
O capítulo está organizado da seguinte maneira: Na Seção 2.1 serão apresentados conceitos
básicos de redes cabeadas e suas aplicações, na Seção 2.2 conceitos de redes sem fio. A Seção
2.3 apresenta as estações perdidas, na Seção 2.4 são apresentados conceitos de transmissão de
Wlan e na Seção 2.5 as considerações finais.
2.1
Conceitos básicos de redes de computadores
Redes de computadores são estruturas que permitem que dois ou mais computadores se
comuniquem. Eles são interligados através de uma estrutura física (que são os equipamentos e
o cabeamento) e uma estrutura lógica (que são os programas e os protocolos). Se os
computadores não fossem ligados entre si, eles só receberiam informações através de CDs e
pendrivers. Porém se o computador está ligado a uma rede, ele pode receber muito mais
informações de outros computadores também ligados à mesma rede de maneira rápida e
prática.
Todas as redes de computadores precisam de elementos básicos para desempenhar sua função.
Estes elementos que compõem uma rede são:
a) hardware: Computadores, Periféricos, impressora, modem, switchs, meio
físico para a transmissão dos dados (cabos);
b) software: Drivers de placa de rede, Protocolos de comunicação, sistemas
operacionais específicos para redes e utilitários e programas.
15
As redes ainda podem ser classificadas conforme sua topologia lógica e física.
Topologia lógica é o conjunto de padrões de conexão para criar uma rede. Ela pode ser
dividida em ponto a ponto (P2P) e Cliente/Servidor. A rede P2P é usada para redes pequenas,
as máquinas são ligadas por um cabo coaxial, cabo de par trançado ou wireless. Os nós desta
rede atuam como cliente e servidor ao mesmo tempo. Na topologia Cliente/Servidor um nó é
designado para ser o servidor, centralizando assim os dados e os outros nós da rede são os
clientes.
A topologia física é a maneira como os computadores ficarão distribuídos fisicamente pela
rede. Ela pode ser dividida em barramentos, estrela, anel, etc. Neste trabalho serão
exemplificados os dois tipos mais comuns: barramento e estrela. Como pode ser observado na
figura 2.1, na rede em barramentos todos os computadores são ligados por um único cabo.
Apenas um computador por vez pode mandar informação. Todos os outros nós da rede
“ouvem” a informação, mas apenas aquele a quem a informação foi endereçada irá copiá-lo.
Figura 2.1 – Modelo de Topologia em Barramento
Na topologia estrela, mostrada na figura 2.2, os computadores são conectados por segmentos
de cabo a um componente centralizado, chamado de concentrador. (GUERBER, 2009). As
informações transmitidas são enviadas ao componente centralizador (que pode ser um hub ou
switch), que repassa para os outros computadores ligados nesta rede.
16
Figura 2.2 – Modelo de topologia Estrela
Cada rede de computador possui também um tipo baseado em sua disposição geográfica, de
maneira sucinta temos três tipos básicos de redes.
Local area network (LAN): é uma rede para locais pequenos como prédio ou escritório como
mostra a figura 2.3.
Figura 2.3 – Rede LAN
Metropolitan Area Network (MAN): é superior a LAN, pois atinge áreas metropolitanas,
como exemplificado na figura 2.4.
17
Figura 2.4 – Rede MAN
Wide Area Network (WAN): é uma rede de comunicação que está disponível em uma grande
área de cobertura que pode ser vista na figura 2.5.
Figura 2.5 – Rede WAN
Fonte - UFScar
2.1.1
Aplicações das redes de computadores
Nas aplicações comerciais, além de compartilhamento de dados, a rede de computadores
também compartilha seus serviços como, por exemplo, impressora e e-mail. Se não houvesse
18
este compartilhamento, as empresas teriam que disponibilizar uma impressora para cada
estação de trabalho, elevando os custos de implementação e manutenção de vários setores da
indústria.
Hoje, quase todas as empresas dependem de informações armazenadas em
computadores. O uso de redes de computadores em empresas também permitiu a facilidade de
comunicação entre filiais que estão a quilômetros de distância, e não apenas a comunicação,
mas a troca de dados, informações sendo até possível fazer reuniões através videoconferência.
Em resumo, as redes de computadores foram um marco em comunicação e redução de custos
nas empresas. Sem elas, as transações comerciais levariam muito mais tempo para serem
concretizadas, a coleta e armazenamento de informações teriam custos mais elevados, e os
riscos de perda da informação seriam muito maiores.
Nas aplicações domésticas, as redes de computadores são uma tendência. Simples usuários
utilizam desta ferramenta para se comunicar, trocar informações e adquirir conhecimento.
Antes as pessoas compravam computadores para jogar e usar suas ferramentas como
processadores de texto. Hoje usuários comuns usam a rede para obter informação ou se
divertir. Na rede eles podem encontrar muitas informações, desde receitas, até fazer a
declaração do imposto de renda. Alguns dos usos mais populares da internet para usuários
domésticos são: 1- Acesso a informação remota, 2- comunicação entre pessoas, 3entretenimento interativo e 4- comércio eletrônico. (TANENBAUM, 2003, p.6). Hoje é
comum o usuário doméstico ter uma pequena rede LAN em sua casa, já que é cada vez mais
fácil comprar computadores e notebooks, com isso para compartilhar a internet o usuário
acaba tendo que “fazer” uma pequena rede em casa, para que todos tenham acesso à internet.
Há, ainda, um terceiro tipo de usuário das redes de computadores, o usuário móvel. Este tipo
de usuário está interessado em mobilidade. Ele faz uso de notebooks e Personal Digital
Assistance (PDAs: é um computador de bolso, como Palm e Palmtops) e sempre se mantém
conectado, seja em casa, na empresa onde trabalha ou em trânsito. O número deste tipo de
usuário vem aumentando cada dia mais, graças ao crescimento da indústria, a possibilidade de
fazer negócios on-line e às redes sem fio.
O uso das redes móveis não se restringe aos negócios ou as empresas. Usuários domésticos
fazem cada vez mais uso deste recurso, através de celulares.
19
2.2
Redes sem fio
Antes de começar a falar sobre WiMAX é necessário explicar alguns conceitos básicos de
redes sem fio, para o melhor entendimento do tema.
Rede sem fio é uma rede onde dois ou mais computadores se comunicam sem ligação física,
ou seja, sem os cabos. A maioria das redes sem fio trabalham com o conceito de Wireless
LAN (WLAN). Este conceito converte os pacotes em ondas de rádio e envia-os para outro
dispositivo de rede sem fio, que fica do outro lado da rede.
Este conceito foi padronizado pela IEEE como 802.11 e funciona em dois modos: na presença
de uma estação-base e na ausência de uma estação base (TANEMBAUM 2003 p.73).
Existem três topologias de configuração de uma rede sem fio:
a) ponto-a-ponto: Um computador se conecta a outro computador como
exemplificado na figura 2.6;
Figura 2.6 – Modelo de rede Ponto-a-Ponto
b) ponto-multiponto: também chamada de topologia estrela. Um nó central
distribui a rede para os demais nós, como mostra a figura 2.7;
20
Figura 2.7 – Modelo de rede Ponto-Multiponto
c) rede em malha ou Ad-Hoc: Um nó se conecta com outro, sem necessidade
de um meio que distribua a rede, como mostra a figura 2.8. (FARIAS, 2006).
Figura 2.8 – Modelo de rede Ad-Hoc
Fonte: (FARIAS, 2006)
Quando se tem a presença de uma estação base, os dados devem passar por um Access Point
(ponto de acesso, em português). O Access Point desempenha a função de um switch, ele é um
21
equipamento central. Todos os pacotes de dados devem passar por ele, e serão retransmitidos
para os outros computadores ligados na rede. (MORIMOTO, 2008).
Na ausência de uma estação-base os computadores simplesmente transmitem informação de
um para o outro. Este tipo de interligação é chamada de redes Ad-hoc.
As redes sem fio podem ser classificadas de três maneiras: Interconexão de sistemas, LANS
sem fio e WANS sem fio.
A interconexão de sistema nada mais é do que conectar
componentes de um computador usando um rádio de curto alcance, esse componente pode ser
um teclado ou mouse. Outro exemplo de interconexão de sistema é o Bluetooth. Nas LANS
sem fio, o computador tem um modem de rádio e uma antena para que possam se comunicar.
E a Wireless Wan (WWAN) que é um sistema geograficamente distribuído. Um exemplo
deste tipo de sistema é a telefonia celular. Este sistema é parecido com a Lan, porém a
WWAN trabalha com distâncias maiores. (TANENBAUM, 2003). A WWAN é a categoria
aplicada ao WiMAX.
Todo tipo de transmissão, seja por cabo ou pelo ar, tem seus pontos fracos. Serão listados a
seguir dois dos principais problemas (e maior motivo de queixa de seus usuários) que as redes
sem fio enfrentam. O primeiro problema é a qualidade de serviço (QoS), que é um requisito
da aplicação para a qual exige-se que determinados parâmetros (atraso, vazão, perdas, etc)
estejam dentro de limites bem definidos (valores mínimos e valores máximo). (SANTANA
2007. P.6).
A qualidade de serviço de redes sem fio é prejudicada por pacotes perdidos e interferência
atmosférica, e estes são problemas recorrentes em protocolos sem fio.
O segundo problema de uma rede sem fio é seu alcance. Maior motivo de queixa para os
usuários. O alcance deste tipo de rede é pequeno, dando mobilidade restrita a alguns metros.
Este valor é medido de acordo com a antena e os equipamentos usados na rede, por isso não
existe um valor fixo quanto ao seu alcance, mas alguns especialistas alegam que redes sem fio
têm alcance máximo de 100 metros. Porém ela nunca permite que você acesse a internet em
trânsito restringindo seu uso em apenas um local.
22
2.3
Redes sem fio 802.11
As redes sem fio 802.11 são compostas por um conjunto de padrões criados pelo IEEE para
uso em redes wireless. O padrão 802.11 original, hoje chamado de 802.11-1997 ou 802.11
legacy foi publicado em 1997 e previa taxas de transmissão de 1 a 2 Mbps (MORIMOTO,
2008).
Este padrão nasceu em 1990, mas ficou parado por aproximadamente sete anos devido a
fatores que não permitiam que a tecnologia sem fio saísse do papel, um destes fatores era a
baixa taxa de transferência de dados (ARAUJO, 2008).
Quando foi lançado em 1997, o padrão IEEE 802.11 especificava as definições de uso e
protocolos que seriam usados por esta tecnologia. Algumas das definições estabelecidas
foram: os protocolos de controle de acesso ao meio Carrier Sense Multiple Access/Colision
Avoidance (CSMA/CA), a criptografia Wired-Equivalent Privacy (WEP) e os principais
componentes: placa de rede e ponto de acesso (ARAUJO, 2005).
Em 1999 surgiu uma nova especificação deste padrão: o 802.11b, que permitiria uma maior
velocidade na transmissão dos dados. As mudanças ficaram apenas na camada física,
permitindo que a velocidade chegasse até 11 Mbps.
2.4
Arquitetura de Rede sem fio 802.11
Este tópico é baseado no padrão 802.11, porém será explicado porque seu entendimento é
essencial para a implementação e resolução de problemas em uma WLAN.
As redes sem fio 802.11 baseiam-se na divisão da área coberta, onde será oferecido o serviço.
Esta área é dividida em células que são chamadas de Basic Service Area (BSA), que são um
conjunto de estações que se comunicam por radiodifusão ou infravermelho. O tamanho da
23
célula de BSA depende das características do ambiente e da potência dos transmissores e
receptores usados nas estações. (FARIAS, 2006).
Alguns elementos que também fazem parte da arquitetura de rede sem fio são:
a) basic service set (BBS): é um grupo de estações que se comunicam dentro
de uma célula (BSA) usando meio sem fio;
b) access Point (AP): são responsáveis por capturar o sinal transmitido pela
estação BSA e retransmite-o usando o sistema de distribuição. Para permitir a
construção de uma grande rede, que consiga cobrir uma área maior do que
apenas uma célula, várias BSAs são interligadas através de um sistema de
distribuição, neste caso via um AP;
c) sistema de distribuição (DS): é um componente lógico usado para
encaminhar quadros (frames) para o seu destino. Esta infra-estrutura permite
que se construa uma rede maior que o tamanho de uma célula, para poder
compor uma grande rede;
d) extend service area (ESA): é a interligação de várias BSAs pelo sistema de
distribuição através dos APs;
e) extend service set (ESS): representa um conjunto de estações formados pela
união de várias BSSs conectados por um sistema de distribuição.
(DELICATO).
Na figura 9, um exemplo de como acontece a comunicação dentro das células e entre as
células.
24
Figura 2.9 - União de duas BSS formando uma ESS
Fonte – Wirelles Brasil
A identificação da rede acontece da seguinte maneira:
Cada ESS recebe uma identificação que se chama ESS-ID, cada BSS recebe uma
identificação chamada BSS-ID, e o conjunto destas duas identificações formam um NetworkID de uma rede padrão 802.11. (SOARES, 95).
Apesar dos elementos da arquitetura da rede permitir a construção de uma rede 802.11 de
grande abrangência, o projeto do IEEE 802.11 limita seu uso a redes locais, com ou sem infraestrutura.
Em uma rede WLAN sem infra-estrutura ( redes Ad-Hoc ) a comunicação se restringe apenas
dentro da célula, por isso não tem necessidade do uso de um AP. Em uma rede local com
infra-estrutura, vários BSSs são ligados formando um ESS e neste caso a infra-estrutura é
representada pelos APs e pelo sistema de distribuição que liga os APs. Este sistema de
distribuição pode fornecer recursos para ligar a rede sem fio a outras redes, e o sistema de
distribuição geralmente é representado por um sistema de comunicação com fio. (IEEE
802.11a).
25
2.5
Roaming
Roaming é a capacidade de um cliente se mover de uma célula para outra sem perder a
conectividade com a rede (FARIAS, 2006). Os responsáveis por este serviço são os APs que
ficam nos BSSs, vale ressaltar que esta movimentação (Handoff- Processo de transição de
uma unidade móvel (UM) de uma célula para outra de forma transparente ao usuário.
Transferência de uma estação móvel (MS) de uma estação rádio-base (ERB) para outra ou
de um canal para outro) entre as células é transparente para o cliente. Na figura 2.10, pode-se
observar as áreas de cobertura das antenas.
Figura 2.10 – Exemplo de Roaming
O roaming funciona da seguinte maneira: Quando a conexão fica muito ruim, a estação
começa a buscar outro ponto de acesso. A escolha é feita baseada na potencia do sinal, e envia
um pedido de adesão a célula deste novo ponto de acesso. O AP desta célula verifica se a
estação visitante não havia se registrado antes, em caso negativo o AP referido irá informar
para o AP da célula origem sobre a nova posição. O novo AP envia uma resposta de adesão e
a estação passa a fazer parte da nova BSS.
26
2.6
Transmissão via WLAN
Em redes sem fio, a transmissão dos pacotes é feita pelo ar. Este tipo de rede usa,
basicamente, duas técnicas para fazer esta transmissão, que são: Direct Sequence Spread
Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), elas codificam e modulam
o sinal de modos diferentes equilibrando a velocidade, distancia e capacidade de transmissão.
O Spread Spectrum (SS) das duas técnicas quer dizer Espalhamento Espectral, e é uma forma
de transmissão que tenta fornecer uma comunicação segura em ambientes hostis. Ele faz com
que o sinal ocupe toda a faixa de transmissão, fazendo-a parecer que é um ruído, o que
dificulta a sua detecção. Estas duas técnicas transmitem os quadros e envia-os por vários
canais dentro de uma freqüência, ao invés de usar apenas um canal, o que possibilita a
transmissão simultânea de vários quadros.
Na transmissão DSSS a banda de 2.4GHz é dividida em 14 canais de 22MHz. Ela distribui o
sinal em cima de várias faixas de freqüências e reorganiza os pacotes quando eles chegam ao
receptor.
Na técnica FHSS a estação transmissora e a receptora são preparadas para saltar de um canal a
outro em uma seqüência pré-determinada que só elas sabem.
As WLANS baseadas em radiofreqüência usam as faixas de freqüência Industrual – Scientific
- Medical (ISM), que assumem a freqüência de 900MHZ, 2.4GHz e 5GHz, quanto maior a
freqüência, maior é a quantidade de informação que um dispositivo pode enviar em um canal.
O padrão IEEE 802.11 aumentou a taxa de transmissão para 1Mbps, usando a técnica FHSS e
posteriormente para 2Mbps, usando a técnica DSSS, trabalhando na freqüência 2.4GHz
(ARAUJO, 2008).
27
2.7
Considerações finais
Este capítulo apresentou conceitos básicos de redes de computadores, redes sem fio 802.11 e
suas técnicas de transmissão. O próximo capítulo vai apresentar conceitos da rede WiMAX.
28
3
Padrão 802.16
O objetivo deste capítulo é mostrar conceitos básicos do padrão WiMAX. O capítulo está
organizado da seguinte maneira: Na Seção 3.1 será apresentada a tecnologia WiMAX, a
Seção 3.2 apresentará o WiMAX Forum, a Seção 3.3 mostrará os tipos de serviço WiMAX e
os padrões IEEE, a Seção 3.4 o funcionamento do WiMAX, a Seção 3.5 apresentará os
padrões WiMAX, a Seção 3.6 apresentará as arquiteturas de rede WiMAX, a Seção 3.7
Mostrará suas vantagens e desvantagens e a Seção 3.8, as considerações finais.
3.1
WiMAX
WiMAX é a sigla para Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidade
Mundial para Acesso de Micro-ondas). Este novo padrão foi concluído em outubro de 2001 e
publicado em abril de 2002. Esta tecnologia é baseada na WWAN, e permite que usuários
residentes em locais de difícil acesso, tenham acesso a internet de banda larga por um baixo
custo. Esta tecnologia é padronizada pela IEEE 802.16 (ARAUJO, 2008).
As redes WiMAX oferecem uma cobertura maior do que as redes 802.11g atuais, utilizando
uma quantidade menor de pontos de acesso (MORIMOTO 2008 p. 130). Seus transmissores
operam em diversas faixas de freqüência, entre elas a faixa 2.5 GHz, 3.5 GHz e a 5.8 GHz
com alcance de até 40 km de cobertura em campo aberto ou 12 km quando houver obstáculos.
Sua velocidade de transmissão é de até 70 Mbps, que são atingidos apenas a curtas distâncias,
nas áreas mais distantes da antena a velocidade vai decaindo, mas em geral o valor real de
transmissão é de 10 Mbps. MORIMOTO (2008)
Existem dois tipos de padrões para redes WiMAX, um é para rede de acesso fixo (802-162004 ou 802.16d) e um de acesso móvel (802.16e). No acesso fixo, a conexão cai quando o
usuário se afasta dele, e no acesso móvel pode-se se deslocar livremente, porque o
chaveamento entre os diferentes transmissores é automático como nos celulares, e isto é o
maior diferencial do WiMAX, a possibilidade de conexão em trânsito.
29
3.2
O WiMAX fórum
O WiMAX fórum é uma organização sem fins lucrativos, formada por várias empresas de
tecnologia. Estas empresas se uniram para corrigir problemas de compatibilidade e
interoperabilidade que foram encontrados no padrão IEEE 802.11, para que eles não
aconteçam no IEEE 802.16, ele também é responsável pelas diretrizes e discussões deste
novo padrão.
Esta padronização aumenta a produção e diminui os custos dos equipamentos de banda larga,
tornando-os mais velozes e baratos para os usuários.
O fórum conta com cerca de 220 empresas, entre elas a Intel, Ericsson, Motorola, Nokia,
Samsung, British Telecom e Microsoft.
O WiMAX fórum tem um site onde publica notícias sobre o tema, cujo endereço é o
http://www.wimaxforum.org.
3.3
Padrão IEEE 802.16
O padrão IEEE 802.16 foi finalizado em 2001 e publicado em 2002. Ele é um padrão para
redes sem fio de banda larga (BWA – Broadband Wireless Access), e fornece especificações
para interface aérea, camada física (PHY) e camada de enlace (MAC). Existe também
definição de padrões para redes fixas e móveis.
A seguir a apresentação dos padrões para redes WiMAX:
a) 802.16: este é o padrão inicial do WiMAX. Tem banda de freqüência de 10
a 66 GHz;
b) 802.16a: feito para atender freqüências mais baixas de 2 a 11 GHz.
Projetado para competir com tecnologias que fornecem acesso a última milha
30
como Assyncronous Digital Subscriber Line (ADSL). A taxa de transmissão é
de 75 Mbps e tem alcance de 50 km. Usa faixa de freqüências licenciadas ou
não e usa antenas menores e portáteis;
c) 802.16d: conhecido como WiMAX fixo, pois permite somente acesso fixo.
Opera na faixa de 2 a 11 GHz, sua taxa de transmissão chega a 70 Mbps e
suporta duas topologias de rede: a ponto-multiponto e malha (mesh). Este
padrão trata aspectos da qualidade de serviço e criptografia de dados. Este é o
concorrente direto do ADSL e do cable modem, porque permite acesso a locais
em que a banda larga não chega, como zona rural, por exemplo;
d) 802.16e: padrão WiMAX móvel. Opera na faixa de 2 a 6 GHz que é
destinada a dispositivos móveis. Permite mobilidade veicular de até 100 km/h.
3.4
Tipos de serviços do WiMAX e os padrões IEEE
O WiMAX oferece dois tipos de serviço: O Non-line-of-sight (NLOS: Sem linha de visada) e
o line-of-sight (LOS: com linha de visada). Estes dois serviços determinam como as antenas
vão se comunicar.
O Line-of-sight, como mostra a figura 3.1, é usado quando as antenas fazem sua transmissão
em linha reta, sem nenhum obstáculo. A transmissão acontece numa única direção ou direção
preferencial, dependendo da antena utilizada, em geral, unidirecional.
Figura 3.1 – Linha de visada
31
No Non-line-of-sight, como mostra a figura 3.2, a transmissão acontece, porém conta com
obstáculos no seu percurso. Isto é possível, pois a antena utilizada é multidirecional,
transmitindo o sinal em todas as direções.
Figura 3.2 – Sem linha de visada
O padrão 802.16 requer uma visada entre as antenas Line-of-sight (LOS) além de torres de
transmissão altas e caras. O 802.16a não tem visada entre antenas. O padrão 802.16d tem um
alcance de 8 a 12 km em cobertura Non-line-of-sight (ou seja, sem visada) e de 30 a 50 km em
cobertura Line-of-sight (com visada), e o padrão IEEE 802.16e tem apenas cobertura Nonline-of-Sight, ou seja, consegue fazer a transmissão do sinal mesmo em ambientes sem visada.
3.5
Funcionamento das Redes Wimax
O WiMAX funciona da seguinte maneira: Um determinado provedor de internet configura
uma estação base próxima a residência que será atendida com o serviço. Na casa do cliente
que acessará a internet através do WiMAX, deverá ter um computador pronto para receber
este serviço. O cliente pode fazer um upgrade no computador antigo, preparando-o para
receber o sinal, ou então comprar um novo computador, que seja compatível com esta
tecnologia. O cliente receberá um código de criptografia especial que dará acesso à estação
32
base, e esta transmitirá dados da internet para o computador do cliente (ARAUJO 2008). Caso
o cliente tenha uma rede residencial, a estação base enviará os dados para um roteador
WiMAX, que enviará os dados para os computadores da rede.
3.6
WiMAX Nomádico e Móvel
O WiMAX trabalha, basicamente, com dois padrões: O WiMAX Nomádico (IEEE 802.16d)
também conhecido como WiMAX Fixo, e o WiMAX móvel (802.16e) os dois padrões tem
suas particularidades e atingem nichos de mercado diferentes.
3.6.1
WiMAX Nomádico ou Fixo
O WiMAX Nomádico (802.16d) é uma consolidação dos padrões 802.16a e 802.16c. Este
padrão suporta antenas Multiple Input, Multiple Output (MIMO), permitindo assim o uso de
várias antenas, aumentando a confiabilidade e o alcance do sinal. Ele não comuta, não possui
handoff entre ERBs em altas velocidades. (Vilas Boas 2007). Seu alcance em NLOS é de 8 a
12 km e em LOS de 30 a 40 km e fornece taxa de transmissão de até 70Mbps por estação
rádio base. Ele funciona bem para voz, dados e vídeo, e pode ser aplicado para banda larga
sem fio, banda larga de telefonia móvel e de wi-fi, serviços de VoIP, etc.
3.6.2
WiMAX Móvel
Este é o padrão de acesso a banda larga móvel sem fio. Assegura conectividade em
velocidade de deslocamento de até 100 km/h. Ele foi criado para dar portabilidade e
mobilidade, recursos que não são oferecidos pelo padrão IEEE 802.16d. Este padrão usa
Software e Hardware específicos porque não tem compatibilidade com o padrão IEEE
802.16d. (Santos 2006). Ao contrário do padrão IEEE 802.16d, este padrão comuta e possui
33
handoff entre ERBs em velocidade deslocamento de até 100 km/h. As características do
padrão IEEE 802.16e incluem: altas taxas de dados, devido ao uso da técnica MIMO,
escalabilidade, que prevê a adoção de diferentes possibilidades de canais entre 1,25 a 20 MHz
permitindo que o padrão se adeqüe às diferentes realidades.
3.7
Arquitetura de rede
A tecnologia Wimax foi projetada para suportar muitos tipos de arquitetura, e esta deve ser
decidida no início do projeto.
O WiMAX suporta arquitetura Ponto-a-ponto, ponto-
multiponto e mesh. Também é possível usar arquiteturas hibridas onde se usa uma ou mais
topologias.
3.7.1
Arquitetura ponto a ponto
Nesta arquitetura são usadas duas antenas de rádio que interligam dois pontos. Ela atende
apenas um usuário isolado, por exemplo, ligar a matriz e a filial de uma empresa. Esta
arquitetura é pouco viável porque não permite adicionar novos nós na rede, porém ela tem
bastante largura de banda. Esta arquitetura é mostrada na figura 3.3.
Figura 3.3 – Arquitetura Ponto-a-Ponto
34
3.7.2
Arquitetura ponto-multiponto
Nesta arquitetura a rede implantada permite que vários assinantes sejam usuários. Nesta
arquitetura vários usuários são atendidos ao mesmo tempo a partir de um ponto base, que
cobre uma área onde o serviço é oferecido, como mostra a figura 3.4. Este tipo de arquitetura
é vantajosa porque seu custo é reduzido e oferece uma maior facilidade de adicionar um novo
nó a rede.
Figura 3.4 – Arquitetura Ponto-Multiponto
3.7.3
Arquitetura Mesh
Esta arquitetura parece com a arquitetura ponto-multiponto. A diferença está no modo de
operação das duas. Na tecnologia ponto-multiponto o tráfego ocorre entre a estação base e o
cliente, e vice-versa, e na mesh o tráfego é roteado pelos outros assinantes, como mostra a
figura 3.5, sendo assim cada assinante funciona como um nó repetidor.
35
Figura 3.5 – Arquitetura Mesh
3.8
Vantagens e desvantagens do WiMAX
Assim com qualquer tecnologia, o WiMAX tem suas vantagens e desvantagens. A seguir são
destacadas essas vantagens e desvantagens.
3.8.1
Vantagens
A primeira vantagem do WiMAX é com relação ao custo. Como esta é uma tecnologia sem
fio que funciona a vários quilômetros de distância, não é necessário a utilização de cabos,
fibras óticas e outros equipamentos como repetidores, para oferecer o serviço à população,
principalmente para a conexão com o usuário final (last mile). Além do custo dos
equipamentos para a implementação, o custo também pode ser percebido para o usuário final,
o cliente, que pagará menos pelo serviço, em comparação com a implementação deste, caso
fosse feito usando a tecnologia 802.11 (LOUREIRO, CARDOSO 2006).
36
Outra vantagem do WiMAX é em relação a taxa de transmissão, que é alta, o que torna um
grande chamariz para o serviço e permite também a conexão a internet em movimento
através do WiMAX móvel.
3.8.2
Desvantagens
Apesar de prometer uma boa taxa de transmissão, durante a realização de alguns testes,
mostrou-se que a transmissão não chegou às taxas teoricamente prometidas. Para conseguir
esta taxa é necessário usar a tecnologia ponto-a-ponto, antenas unidirecionais e linha de
visada, ou seja, toda energia seria usada para sustentar apenas esta conexão, o que a tornaria
cara e inviável.
Em alguns países a faixa de freqüência usada pelo WiMAX sofre
interferência, pois elas já são usadas por outros serviços, e quando é usada uma faixa de
freqüência muito alta, é suscetível a interferência de chuva e raios, o que faz com que a taxa
de transmissão e a área de cobertura diminua nestas condições (LOUREIRO, CARDOSO
2006).
3.9
Topografia
O estudo da topografia é uma parte muito importante para a implementação de uma rede
wireless. A topografia do local escolhido para implementar este tipo de tecnologia está ligado
ao alcance do sinal. Existem várias soluções que reconhecem um sistema WiMAX (rede
ponto-multiponto), nos quais pode-se obter resultados de viabilidade da rede em função da
sua topografia e regiões de usuários (PRADO 2006 apud VILAS BOAS, 2007). A topografia
sempre será associada aos dois tipos de usuários de uma rede: LOS e NLOS.
37
3.10
Tipo de cobertura
Após visitar os lugares onde serão instaladas as antenas, deve-se decidir qual freqüência será
usada.
a) 2.5GHz Freqüência licenciada: É a freqüência mais baixa, tem os melhores
alcances, por isso exige menor quantidade de rádio-base para cobrir uma
determinada área. Seu alcance em LOS é de 18 a 20 km e em NLOS é de 9 a
10 km;
b) 3.5 GHz Freqüência licenciada: esta é a freqüência disponível para o
WiMAX no Brasil para as operadoras e serviço de telecomunicações. Em LOS
seu alcance é de 12 a 14 km e em NLOS é de 6 a 7 km;
c) 5.8 GHz Freqüência não licenciada: esta freqüência é livre e pode ser usada
por qualquer empresa. Por não ser licenciada está sujeita a interferências e
congestionamentos em áreas com grande densidade. Em LOS sua cobertura é
de 7 a 8 km e em NLOS é de 3 a 4 km.
Existem algumas regras básicas para dimensionar uma rede WiMAX em relação a faixa de
freqüência, sendo ela licenciada ou não. Algumas destas regras serão expostas a seguir.
a) quanto menor a freqüência, maior a cobertura;
b) faixas não licenciadas podem ser usadas sem custo algum, porem são mais
suscetíveis a interferências e congestionamentos;
c) uma única faixa de freqüência não consegue cobrir uma cidade inteira, por
isso deve-se considerar usar pelo menos 2, 4 ou 6 pares, criando células, com
reuso de freqüência de forma a manter freqüências iguais distantes umas das
outras (PRADO 2006 apud VILAS BOAS, 2007).
38
3.11
Considerações finais
Este capítulo apresentou a tecnologia WiMAX. Apresentou também o WiMAX Forum, o
padrão IEEE 802.16, as arquiteturas de rede que o WiMAX suporta. No próximo capítulo
será apresentado um projeto de rede WiMAX.
39
4
Projetando uma rede WiMAX
O objetivo deste capítulo é mostrar o projeto de desenvolvimento da rede WiMAX. O capítulo
está organizado da seguinte maneira: Na Seção 4.1 serão apresentados os passos para iniciar o
projeto, a Seção 4.2 mostrará os tipos de equipamentos WiMAx disponíveis, na Seção 4.3
será apresentado como instalar a Estação Base, a Seção 4.4 apresentará a instalação do
WiMAX na residência do cliente e na Seção 4.5 as considerações finais.
4.1
Iniciando o projeto
Segundo VILAS BOAS (2007), a tecnologia WiMAX tem uma grande predileção por
cidades. Experiências de campo mostram que ela se adapta melhor ao concreto do que a
árvores e montanhas, isso porque a WiMAX aproveita as construções da cidade para refletir a
onda do sinal até seu destino. Isso acontece porque a modulação OFDM aperfeiçoa as
reflexões do sinal na sua transmissão. Uma rede WiMAX é projetada da mesma maneira que
uma rede para celulares, com estações Rádio-Base (ERBs) que são instaladas em um local
estratégico usando a arquitetura ponto-multiponto e estações clientes.
Existem basicamente dois tipos de usuários: O residencial e o corporativo. O residencial é o
cliente que usará o WiMAX e fará comparação com os outros serviços de banda larga. Um
grande nicho de mercado são os condomínios horizontais e verticais de alto padrão.
Os clientes corporativos são os clientes que querem muita qualidade e não se importam de
pagar por isso.
O inicio do projeto envolve desenvolver uma programação e atribuir recursos, para isso devese coordenar uma equipe para assegurar que a instalação seja concluída no prazo certo e
discutir o andamento do projeto.
A primeira providencia para se iniciar o projeto é conhecer as áreas que receberão o serviço,
para isso faz-se uso de um mapa topográfico para identificar os pontos mais elevados. Em
seguida com o auxilio de um GPS deve-se ir até o local escolhido e examinar cada uma das
40
posições como a latitude e longitude e a elevação de cada local. Deve-se observar também se
existe ou não alguma antena instalada nas posições escolhidas. Após visitar os lugares,
verificam-se quais posições tem linha de visada ou não, decidindo assim quais pontos terão
ligação ponto-a-ponto e ponto-multiponto.
4.2
Equipamentos WiMAX
A tecnologia WiMax, funciona como o Wi-Fi, porém é superior em aspectos como
velocidade, capacidade de transmissão em distâncias maiores e serve um número maior de
usuários, por isso ele acaba com a exclusão social, pois permite acesso a internet de banda
larga a locais remotos.
A tecnologia WiMAX é composta de duas partes:
a) torre WiMAX: também conhecida como estação base, esta torre trabalha
como uma torre de telefone celular. Uma torre WiMAX pode fornecer
cobertura para vários usuários, através de uma área muito grande;
b) receptor WiMAX: é uma antena parecida com as antenas de TV por
assinatura, e é conhecida como Customer Premises Equipment (CPE). O
receptor também pode ser um cartão PCMCIA, ou também pode ser integrado
ao notebook como o Wi-Fi é hoje. Na figura 4.1 pode-se observar um exemplo
de estação base e receptor para WiMAX.
41
Figura 4.1- Antenas WiMAX – Da prestadora (Externa) e do Cliente (interna)
Fonte:Laercio.com.br
A estação base é conectada a um backbone usando uma conexão com fio com grande largura
de banda, que será transmitido para todos os usuários, fazendo assim uma conexão pontomultiponto. Também pode-se conectar uma estação base a outra estação base, fazendo assim
uma conexão ponto-a-ponto usando um link em linha de visada, (também conhecido como
backhaul). Deste modo o sinal chega a lugares remotos, atendendo clientes distantes. (LIMA
2008).
O WiMAX pode oferecer dois tipos de serviços sem fio:
a) serviços em linha de visada: este serviço é parecido com o Wi-Fi. Uma
antena instalada no computador se conecta à torre. Neste caso, o WiMAX usa
uma freqüência de baixo alcance que é de 2 a 11 GHz (parecido com o Wi-Fi).
Este tipo de serviço é facilmente interrompido por obstruções físicas, porque
são capazes de difratar com mais facilidade e se curvam aos obstáculos;
b) serviço de linha de visada: neste serviço uma antena fixa aponta para a
estação base WiMAX, a partir de um telhado ou poste. Este tipo de conexão é
mais forte, estável e consegue enviar dados com poucos erros. Este tipo de
transmissão usa freqüências altas que chegam a até 66 GHz, elas tem menos
interferência e mais largura de banda.
42
Devido a esta capacidade da rede Mesh, várias rotas alternativas são criadas evitando o
“congestionamento” dos dados e melhorando o desempenho da rede, mesmo que se
adicionem novos clientes.
4.2.1
Tipos de antenas
Segundo Ribeiro (2008) redes sem fio usam dois tipos de antenas: Direcionais e
Omnidirecionais.
As antenas direcionais possuem características de radiação. Elas irradiam o sinal em uma
determinada direção do espaço, enviando o sinal a uma determinada zona de cobertura em um
ângulo determinado, por isso ela tem um grande alcance. Elas são usadas para longas
distâncias como, por exemplo, enviar sinal de um edifício ao outro (RIBEIRO, 2008).
As antenas omnidirecionais enviam sinal em 360 graus, ou seja, em todas as direções, ela
pode estabelecer o sinal independente do ponto onde se está, porem seu alcance é menor. Este
tipo de antena é usado quando se deseja mobilidade, como no caso de celulares e redes sem
fio que usam o padrão 802.11.
4.2.2
Outros equipamentos WiMAX
Graças ao WiMAX fórum, diversas empresas tem se empenhado para desenvolver
equipamentos no padrão 802.16, entre elas estão a Intel, Motorola, IBM, Microsoft, etc.
Citaremos a seguir alguns equipamentos feitos seguindo o padrão 802.16 da Motorola:
Access Point – O modelo WAP 450, mostrado na figura 4.2, é certificado pelo WiMAX
forum. Ele trabalha nas freqüências 2.3 GHz, 2.5 GHz e 3.5 GHz.
43
Figura 4.2 – Access Point modelo WAP 450
Fonte: Motorola
Modem WiMAX USB – Disponível em 3 versões, de 2.3, 2.5 e 3.5 GHz, o modem,
apresentado na figura 4.3, conecta qualquer laptop à rede WiMAX.
Figura 4.3- Modem USB
Fonte: Motorola
44
4.3
Instalações das Estações Base
O primeiro passo para a implantação de uma rede WiMAX é determinar o local onde as
antenas serão instaladas. Para isso verifica-se a abrangência do sinal e se existe visada ou não
entre uma antena e outra. Como em uma cidade normalmente não existe visada entre as
antenas, devido a morros e construções verticais, existem algumas soluções, entre elas
podemos citar a triangulação de antenas ou instalá-las em locais altos como morros e topos de
prédios.
No conceito de triangulação, que pode ser visto na figura 4.4, várias antenas são instaladas
pela cidade e onde não houver visada o sinal é “desviado” para chegar ao local de destino.
Figura 4.4 – Exemplo de Triangulação
A antena deve ser instalada entre 25 e 30 metros acima do nível da rua, para evitar
interferências como prédio e árvores, mas se for possível, quanto mais alto melhor. Quanto
maior a distância entre as antenas, mais alta deve ser a elevação das antenas. As antenas
também podem ser instaladas no topo de prédios ou torres. (RIBEIRO 2007).
45
4.4
Instalação do WiMAX em residências
A instalação da rede WiMAX na residência do cliente é igual a instalação de uma rede
802.11, os equipamentos e o método de instalação são os mesmos. Para iniciar a instalação
pode-se seguir os seguintes passos:
a) é necessário estar em uma área onde a rede WiMAX esteja disponível;
b) assinar o provedor de acesso WiMAX disponível na sua região;
c) instalar uma antena (Unidade Cliente) para receber o sinal na sua casa,
também conhecida como “Spot”;
d) a distribuição do sinal da internet pode ser feita pela própria rede WiMAX
ou por uma Rede Wi-Fi. Se for escolhida a rede WiMAX é necessário placas
de rede que suportem o padrão 802.16, e se for escolhido a rede Wi-Fi será
preciso uma placa de rede que suporte o padrão IEEE 802.11(ARAUJO
ARAUJO 2008);
4.5
Considerações finais
Este capítulo apresentou conceitos básicos do projeto de implementação da rede WiMAX. O
próximo capítulo vai apresentar o desenvolvimento do projeto para a cidade de São José dos
Campos.
46
5
Utilizando o método Site Survey para desenvolver um projeto de redes
WiMAX para São José dos Campos
O objetivo deste capítulo é mostrar o projeto de desenvolvimento da rede WiMAX, O capítulo
está organizado da seguinte maneira: Na Seção 5.1 será apresentada a Metodologia Site
Survey, na Seção 5.2 será apresentada a finalidade deste projeto, a Seção 5.3 apresenta a
analise do ambiente em que será implementado o projeto de rede, a Seção 5.4 apresenta a
infra-estrutura usada na rede e na Seção 5.5, as considerações finais.
5.1
Metodologia Site Survey
Site Survey é uma metodologia de implantação de projeto de redes. Este é um método de
análise minuciosa sobre o projeto que será implementado, verificando a viabilidade do
projeto, fazendo uma avaliação técnica do local onde será implementada a rede e analisando
a infra-estrutura (RODRIGUES, 2007).
Este procedimento é realizando durante a avaliação do projeto para identificar a localização, o
número de estações base que serão usadas e outros fatores como trafego previsto, obstáculos,
visada, etc, para aumentar a eficiência e reduzir os custos do investimento (ARAUJO, 2008).
O Site Survey serve também para dimensionar o local onde a rede será implementada, para a
correta instalação dos equipamentos, cabos, Access point e outros equipamentos que a rede
possa utilizar, evitando assim desperdício de equipamentos, mão-de-obra e custo.
5.1.1
Site Survey em redes Wireless
A metodologia Site Survey tem duas modalidades para redes Wireless: indoor e outdoor. Na
modalidade indoor as análises feitas servem para identificar a quantidade de pontos de acesso
47
necessários para se obter a cobertura desejada, quais equipamentos serão usados na rede. Na
modalidade outdoor, são analisadas as distâncias entre as estações bases, a altura das torres, a
potencia dos equipamentos e dimensionamento das antenas, é analisado também se as antenas
terão visada umas paras as outras e a freqüência escolhida para a transmissão (MIRALDO,
2010).
Este projeto pode ser dividido em um passo-a-passo em que o desenvolvedor pode dividir sua
pesquisa nos seguintes aspectos:
a) finalidade do projeto: a implantação de uma rede deve atender aos requisitos
e necessidades do cliente, por isso deve ser bem especificada qual a
necessidade de sua implantação, conhecendo bem a finalidade da rede é
possível determinar quais as melhores opções para a mesma, como por
exemplo, qual a melhor topologia e o melhor protocolo para garantir o melhor
desempenho da rede;
b) análise do ambiente: é necessário também fazer a analise do ambiente onde
será instalada a rede, entre os aspectos que devem ser analisados estão: a
dimensão da área, os possíveis obstáculos à propagação do sinal, a quantidade
de usuários, o link de internet que deve ser usado, etc;
c) infra-estrutura: após a analise do ambiente, pode-se definir os equipamentos
necessários, a quantidade de usuários, a topologia da rede, etc.
5.2
Finalidades do projeto
A finalidade deste projeto é prover internet para a população de São José dos Campos, desde
os moradores dos bairros centrais, até os das áreas mais afastadas e rurais.
Este projeto pretende servir tanto a população quanto aos comerciantes, indústrias e órgãos
públicos da cidade, permitindo o acesso à internet a todos eles.
A finalidade desta rede é prover facilidade na instalação, proporcionar um sinal de internet,
independente do bairro onde o cliente mora, o que possibilitará a inclusão digital de muitos
48
moradores da cidade que hoje não tem acesso à internet por que a região onde moram é muito
afastada do centro da cidade e não tem serviço de internet, ou se existe este serviço é muito
caro. Este serviço melhorará também a situação das empresas já instaladas na cidade que terão
a possibilidade de expandir seus negócios através da rede, procurando novos fornecedores e
parcerias, e ainda fará com que sejam abertos novos negócios independentes da região da
cidade, proporcionando crescimento econômico nas regiões mais afastadas do centro.
Os órgãos públicos da cidade também se beneficiarão deste projeto. Por meio dele todas as
escolas podem ter acesso à internet, beneficiando e melhorando a educação das crianças e
adolescentes da cidade e as repartições públicas também acessarão a internet.
5.3
Análise do ambiente
Este projeto visa a implantação de uma rede WiMAX na cidade de São José dos Campos.
Assim como toda a metrópole, São José dos Campos é composta por um centro populoso
cercado por áreas em que a densidade demográfica vai diminuindo até que a próxima área
metropolitana seja encontrada. Segundo o site da prefeitura municipal, a cidade tem uma
população total de 615.871 pessoas distribuídas em uma área de 1.099,61 km2 como mostra a
figura 5.1. A cidade é divida pelas seguintes regiões:
a) região central: esta região tem uma área de 18,61 km 2 e densidade
demográfica de 3.807,21 habitantes por km 2. É composta por 80 bairros, que
juntos tem um total de 70.863 habitantes. Tem alta densidade populacional, a
maioria da população (85,1%) mora em casas e apenas 14,5% moram em
apartamentos. Esta área pode ser considerada uma área urbana densa;
b) região Sudeste: tem área de 34,26 km2 e é composta por 36 bairros, e alguns
destes são considerados áreas rurais. Juntos os 36 bairros tem uma população
total de 38.761 habitantes;
c) região sul: tem área de 56,71 km2, onde moram cerca de 3.524,83 hab/km2.
Esta região é composta por 79 bairros. Assim como na região Sudeste, alguns
49
bairros são considerados rurais. Vale ressaltar que na região sul, se encontra o
bairro Chácaras Reunidas, onde há grande concentração de micro empresas da
cidade;
d) região Leste: tem área de 136,57km2 e densidade demográfica de 1.000,61
hab/km2 composto por 106 bairros, sendo a grande maioria destes bairros de
classe econômica C e D onde a maioria da população vive com uma média
salarial de 3 salários mínimos;
e) região Oeste: tem área de 44,19km2 com 25.182 habitantes e tem densidade
demográfica de 569,78 hab/km2 . Esta região é composta por 25 bairros e a
maioria da população pertence à classe econômica A e B;
f) região norte: tem área de 70,52 km2 composta por 56.187 habitantes. Esta
região tem 69 bairros e a maioria deles, são zonas rurais compostas por
chácaras, e alguns outros bairros ainda estão em processo de regularização na
prefeitura da cidade. As classes econômicas predominantes nestes bairros são
C e D sendo que a classe A é quase inexistente.
Figura 5.1 – Mapa de São José dos Campos destacando suas regiões
Fonte: Prefeitura Municipal
50
A seguir a área de cada região e sua densidade é mostrada na Tabela1.
Tabela 1 – Densidade demográfica das regiões de São José dos Campos
Região
População (2000)
Centro
70.863 habitantes
Norte
56.187 habitantes
Sul
199.913 habitantes
Leste
136.180 habitantes
Sudeste
38.761 habitantes
Oeste
25.182 habitantes
Fonte: Prefeitura Municipal
A cidade de são José dos campos fica localizada próxima à região metropolitana de São
Paulo. Faz limite com os municípios de Camanducaia, Sapucaí Mirim (MG), Jacareí,
Jambeiro, Monteiro Lobato, Caçapava, Igaratá, Joanópolis e Piracaia, tendo área total de
1.099,60Km2.
A cidade tem topografia montanhosa, como pode ser observado nas figuras 5.2 e 5.3, com
colinas ao norte que variam de 660 a 975 metros, terraços e colinas onde se encontra a parte
urbana da cidade, as serras do Planalto Atlântico que atingem altitudes de até 800 metros e
morros, serras e picos com altitudes que variam de 619 a 2.082 metros.
A cidade tem uma grande concentração de prédios nos locais considerados centrais, e vem
sofrendo um processo de verticalização nos últimos anos, aumentando assim a quantidade de
moradores. Nos locais mais afastados a cidade conta com pequenas propriedades rurais e
casas, apesar de alguns bairros já começarem a dar sinais de ter iniciado o processo de
verticalização como é o caso do bairro do Santana. O comércio vem aumentando bastante em
áreas afastadas do centro, e é comum na cidade encontrar bairros que tem o seu próprio centro
comercial, evitando que o morador tenha que se deslocar para o centro da cidade, como é o
caso da Vila Industrial e Jardim Satélite. Temos também bairros apenas para pequenas
empresas como o bairro Chácaras Reunidas.
51
Figura 5.2- Topografia da cidade de São José dos Campos
Fonte: Google Maps
Figura 5.3 – Cidade de São José dos Campos
Fonte: Google Earth
52
5.3.1
Obstáculos do Ambiente
A cidade está localizada em um vale e sua topografia tem áreas montanhosas, o que poderá
atrapalhar a cobertura do sinal. A cidade também tem muitas construções e prédios, que
podem ser observadas nas figuras 5.4, 5.5 e 5.6, e apesar do WiMAX ter uma predileção por
áreas com muitas construções, neste projeto será usado o conceito de triangulação de antenas,
para garantir ao usuário que ele sempre estará conectado a rede.
Figura 5.4 – Vista aérea da cidade
Fonte: Prefeitura Municipal
53
Figura 5.5 – Vista panorâmica de bairro joseense
Fonte: Baixaki
Figura 5.6 - Vista panorâmica da cidade
Fonte: Prefeitura Municipal
5.3.2
Quantidade de usuários e o link de internet
Para oferecer o serviço de internet para a população de São José dos Campos será usado um
link robusto fornecido pela operadora de telefonia local, que será distribuído entre os usuários
da rede. O serviço escolhido foi o Speedy Group da Telefonica, que viabiliza o uso da internet
como forma de fazer negócio. Este serviço desperta a percepção de valor do usuário em
relação à empresa, pois ele pode ser integrado, por exemplo, com a política de benefícios da
companhia.
54
5.4
Infra-estruruta
Para facilitar a instalação e configuração da rede, recomenda-se adquirir equipamentos de
apenas um fabricante. Os principais fornecedores de equipamento WiMAX no Brasil são:
Aperto Networks, Alvarion, Redline Communications, Airspan e Siemens.
Para as estações base, usam-se antenas, que podem ser adquiridas de qualquer uma das
empresas citadas acima. A seguir dois modelos de estação base:
a) WayMAX@vantage, apresentado na figura 5.7, é a solução em estação base
da Siemens que oferece boa relação custo-eficiência no acesso “Last-Mile” sem
fios de banda larga. WayMAX@vantage emprega NLS OFDM Technology,
de acordo com IEEE802.16 WMAN e ETSI HiperMAN Normas e em
conformidade com o WiMAX Forum interoperabilidade perfis;
Figura 5.7 – Estação Radio-Base WayMAX@vantage
Fonte: WiMAX Forum
55
b) YSEMAX (WRY035-B), apresentado na figura 5.8, a nova geração de
Estações Base WiMax da SELEX Communications fornecendo acesso de
banda larga sem fio de uma grande variedade de aplicações e diferentes
estruturas arquitetônicas. Certificado pelo WiMAX Forum (TM), YSEMAX
WRY035-B garante alta taxa de transferência de dados, excelentes
performances de transmissão, garantia de entrega de serviços de dados e
capacidades de ampla área de cobertura, graças a eficiência de modulação
OFDM, QoS e TDD regime de gestão. (ARAUJO, 2008).
Figura 5.8 – Estação Radio-Base YSEMAX (WRY035-B)
Fonte: WiMAX Forum
O cliente que desejar adquirir este serviço terá que fazer um upgrade em seu computador,
para que ele seja capaz de receber o sinal do padrão 802.16. Para isso ele pode trocar a placa
de rede de seu computador, ou até mesmo instalar um modem usb. A seguir dois exemplos de
unidades cliente:
a) Alvarion's BreezeMAX Si, apresentado na figura 5.9, é um produto de fácil
instalação, completamente interno feito para o Mercado residencial com
implantação em massa. Ele opera com a freqüência de 3.4 – 3.6 GHz utiliza
a interface Intel PRO/Wireless 5116 de banda larga e suporta dual mode
56
FDD e TDD Duplex sendo muito simples de instalar por ser plug and play,
suporta WiMax Nomádico e WiMax Móvel;
Figura 5.9 – Subscriber station da Alvarion’s BreezeMAX
Fonte: WiMAX Forum
b) Siemens Home and Office Communication Devices, mostrado na figura 5.10,
oferece ao usuário unidade Gigaset SE461 que é uma das primeiras interfaces
de banda larga baseados no IEEE 802.16d disponíveis no mercado. O Gigaset
SE461 WiMAX com modem integrado é um roteador para a estação terminal
wireless de alta velocidade, conectividade em banda larga de “Last-Mile”
destinada aos usuários residenciais e pequenas empresas.
57
Figura 5.10 – Estação Cliente da Siemens Gigaset SE461
Fonte: WiMAX Forum
5.5
Topologia e Distribuição das Estações Base
A topologia adotada na cidade será a ponto-multiponto, apresentada na figura 5.11, por
questão de segurança, assim os clientes se comunicarão apenas com a estação base, outra
vantagem desta topologia é a facilidade para colocar outro nó na rede, com isso será mais fácil
a inserção de novos clientes a rede.
Figura 5.11 - Topologia adotada na cidade de São José dos Campos
58
A distribuição das estações base é representada na figura 5.12, onde cada ponto amarelo
representa uma estação base. Apesar do WiMAX trabalhar com distâncias de até 12 km em
áreas com obstáculos, neste projeto usou-se como métrica entre as antenas, a distância de 6
km para garantir melhor qualidade do serviço para o cliente, conforme pode ser observado na
figura 5.13.
Como as antenas transmitirão o sinal em um raio de 6 km serão necessárias 12 antenas para
suprir a cidade toda.
Figura 5.12 – Demonstração da instalação das Estações base
59
Figura 5.13 – Amostra de transmissão do sinal WiMAX pelas antenas instaladas na
cidade
5.6
Considerações finais
Este capítulo apresentou um projeto de redes WiMAX para a cidade de São José dos Campos
usando a metodologia de Site Survey. O próximo capitulo apresentará as conclusões deste
trabalho.
60
6
Conclusão
Este trabalho apresentou as funcionalidades da tecnologia WiMAX, destacou suas facilidades,
vantagens em relação as outras tecnologias de redes de computadores e mostrou um exemplo
de implementação deste tipo de rede.
Este capítulo está dividido como segue: a Seção 6.1 apresenta as contribuições e conclusões,
enquanto a Seção 6.2 aponta trabalhos futuros.
6.1
Contribuições e Conclusões
As contribuições deste Trabalho foram:
a) a demonstração de um modelo de rede WiMAX em São José dos Campos;
b) a demonstração de quais equipamentos WiMAX melhor se adeqüam a
cidade;
c) a determinação da instalação das estações base;
d) a determinação da instalação da rede em residências;
e) a avaliação as vantagens e limitações da instalação de uma rede WiMAX.
A partir destas contribuições pode-se concluir que:
a) a rede WiMAX pode ser implementada na cidade de São José dos Campos,
pois ela tem características topográficas para isto;
b) este tipo de implementação traria benefícios mercadológicos a cidade e a
população, pois permitiria o acesso a internet pela população e seria um grande
atrativo para empresas que desejam se instalar na cidade;
61
c) redes WiMAX são mais práticas devido a sua implementação e possibilidade
de prestar serviço a vários assinantes utilizando apenas uma antena.
A seguir são apresentadas experiências obtidas ao longo do desenvolvimento deste trabalho:
a) acredita-se que a ferramenta Google Earth pode ser usada para estudar a
topologia da cidade a ser implementada a rede, sem a necessidade de usar uma
ferramenta paga ou a utilização de mapas topográficos;
b) redes sem fio formam um grande nicho de mercado;
c) projetos de site survey são muito úteis para a realização de um projeto de
redes, seja ele indoor ou outdoor independente se a rede for sem fio ou
cabeada.
6.2
Trabalhos Futuros
As contribuições alcançadas com este Trabalho não encerram as pesquisas relacionadas ao
projeto de implementação de uma rede WiMAX em São José dos Campos, mas abrem
oportunidades para alguns trabalhos futuros:
a) realizar um estudo de segurança em Redes WiMAX (protocolos);
b) realizar um estudo de QoS para melhorar a qualidade do serviço na cidade;
c) realizar um estudo sobre o cálculo de banda larga necessários para suprir o
serviço de internet na cidade.
62
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