As Redes Sem Fio
Prof: Carlos Alberto Vieira Campos
Roteiro da Aula
Introdução
Características das redes sem fio
Tipos de redes sem fio
Modos de operação
Os problemas de terminal escondido e exposto
O padrão IEEE 802.11e suas variações
Canais e associação
O protocolo CSMA/CA
O quadro 802.11
Estudos de caso
Introdução
Definição:
As redes sem fio são compostas por dispositivos
computacionais que se comunicam sem a
necessidade de fios e sim, utilizando geralmente,
antenas de rádio para enviar sinais eletromagnéticos
através do ar atmosférico.
As redes sem fio, trazem novos requisitos e desafios
não encontrados em redes de computadores com fio.
Elementos de uma rede sem fio
Hospedeiros sem fio
 Laptop, PDA, IP phone
 Rodam aplicações
 Pode ser fixos ou móveis
“sem fio” nem sempre
significa mobilidade
Handoff
Elementos de uma rede sem fio
Estação-base
 Tipicamente se conecta à
rede cabeada
 Relay – responsável por
enviar pacotes entre a rede
cabeada e os hospedeiros
sem fio na sua “área”
 Ex.: torres de celular
pontos de acesso 802.11
Elementos de uma rede sem fio
Enlace sem fio
 Tipicamente usado para
conectar os hospedeiros
móveis à estação-base
 Também usado como
enlace de backbone
 Necessitam de
protocolos de acesso
múltiplos para coordenar o
acesso
 Várias taxas de dados e
distâncias de transmissão.
Características
Força reduzida do sinal: os sinais de rádio se atenuam à
medida que elesse propagam através da matéria (path
loss)
Interferência de outras fontes: as freqüências
padronizadas para redes sem fio (ex., 2,4 GHz) são
compartilhadas por outros equipamentos (ex., telefone
sem fio); motores também produzem interferência
Propagação de múltiplos caminhos: o sinal de rádio se
reflete no solo e em objetos. O sinal principal e os
refletidos chegam ao destino em instantes ligeiramente
diferentes
Taxas de erros maiores que em redes cabeadas
Tipos de redes sem fio

Principais tipos e seus padrões
Tipos de redes sem fio
Taxa de dados (Mbps)
Taxa de dados X alcance
200
54
802.11n
802.11a,g
802.16 (WiMAX)
5-11
802.11b
4
1
UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO
Melhorias 3G
802.15
0,384
UMTS/WCDMA, CDMA2000
0,056
3G
2G
IS-95, CDMA, GSM
Indoor
Outdoor
10-30m
50-200m
Outdoor médio Outdoor longo
alcance
alcance
200m – 4 Km
5Km – 20 Km
Tipos de redes sem fio

O enfrentamento de novos desafios para o
suporte a computação móvel e ubíqua está
proporcionando redes sem fio com novas
características





auto-configuração dos dispositivos, auto-organização da
rede, auto-gerenciamento dos recursos, suporte a
mobilidade, a troca de dados sem uma infra-estrutura préexistente e tolerância a atrasos e desconexões.
Redes Móveis Ad hoc (MANETs)
Redes de Sensores Sem Fio (sensor networks)
Redes em Malha Sem Fio (mesh networks)
Redes Tolerantes à Atrasos e Desconexões (DTN)
Modos de operação
modo infraestruturado
 Hospedeiro sem fio se
comunica com um ponto de
acesso (acess point - AP)
 Basic Service Set (BSS) (ou
“célula”) no modo infraestrutura contém:
 Hospedeiros sem fio
 Ponto de acesso (AP)
Modos de operação
Modo ad hoc
Independent BSS
(IBSS)
modo usado nas
MANETs e DTN
Arquitetura de uma rede sem fio
Usuário final B
Usuário final A
WWANs
Protocolos das
Camadas Superiores
Protocolos das
Camadas Superiores
Camada de Rede
Camada de Rede
Camada Enlace
Rede Sem Fio
Camada Enlace
WPAN, WLAN e WMAN
Camada Física
Camada Física
Alguns problemas em redes sem fio

terminal escondido
A
B
C
D
Alguns problemas em redes sem fio
Terminal escondido
A
B
C
D
Terminal Exposto






O terminal B está tentando transmitir para A.
O terminal C pode ouvir a transmissão de B.
Então C percebe a portadora de B e “pensa”que o canal está ocupado.
Entretanto a transmissão de C não pode interferir em A.
C gostaria de transmitir para D e não para A.
Então C é chamado de um terminal exposto para B.
pensa que não
pode transmitir
para B
A
B
C
D
Wi-Fi – O padrão IEEE 802.11


Representa um conjunto de padrões para
redes locais sem fio especificado pelo IEEE;
Cada sub-padrão possui características
específicas:


Várias técnicas de modulação:
 As mais populares definidas: “b”, “a”, “g” e
“n”.
Os demais sub-padrões incluem melhorias de
serviço e extensões ou correções de
especificações anteriores;
Sub-padrões IEEE 802.11
Padrão
Descrição
IEEE 802.11
“Original”; 1 e 2 Mbit/s; 2,4 GHz RF e IR (1997)
IEEE 802.11a
54 Mbit/s, 5 GHz (1999)
IEEE 802.11b
5.5 e 11 Mbit/s, 2,4 GHz (1999)
IEEE 802.11d
Extensão de roaming Internacional (2001)
IEEE 802.11e
Melhorias para suporte a QoS (2005)
IEEE 802.11f
Protocolo entre pontos de acesso- handoff (2003)
IEEE 802.11g
54 Mbit/s, 2,4 GHz, compatível com 802.11b (2003)
IEEE 802.11i
Melhorias de segurança (2004)
IEEE802.11n
Aumento na largura de banda, centenas de Mbps
Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11a





Opera na faixa de freqüência de 5 GHz.
Taxa de dados máxima de 54 Mbit/s.
Método de acesso ao meio é o CSMA/CA.
Técnica de modulação OFDM – Multiplexação
por Divisão de Freqüência Ortogonal (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing ).
NÃO é compatível com 802.11b e 802.11g
Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11b





Opera na faixa de freqüência de 2.4 GHz.
Taxa de dados máxima de 11 Mbit/s.
Método de acesso ao meio é o CSMA/CA.
Técnica de modulação DSSS – Espalhamento
de Espectro por Seqüência Direta (Direct
sequence spread spectrum).
1º padrão comercial amplamente difundido.
Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11g





Opera na faixa de freqüência de 2.4 GHz.
Taxa de dados máxima de 54 Mbit/s.
Método de acesso ao meio é o CSMA/CA.
Técnica de modulação OFDM – Multiplexação
por Divisão de Freqüência Ortogonal (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing ).
É COMPATÍVEL com 802.11b.
Wi-Fi - IEEE 802.11

IEEE 802.11n draft




Opera na faixa de freqüência de 2,4 GHz e 5
GHz.
Taxa de dados de até 300 Mbit/s.
Técnica de modulação OFDM-MIMO,
Multiplexação por Divisão de Freqüência
Ortogonal - (Multiple-Input Multiple-Output).
Teoricamente pode ser COMPATÍVEL com os
outros padrões.
O uso de canais e a associação no
ponto de acesso
 802.11b: o espectro de 2,4 GHz-2,485 GHz é dividido em 11
canais de diferentes freqüências
 O administrador do AP escolhe a freqüência para o AP
 Possível interferência: canal pode ser o mesmo que aquele
escolhido por um AP vizinho!
 Hospedeiro: deve se associar com um AP
 Percorre canais, buscando quadros beacon que contêm o nome
do AP (SSID) e o endereço MAC
 Escolhe um AP para se associar
 Pode realizar autenticação [mecanismo de segurança]
 Usa tipicamente DHCP para obter um endereço IP na subrede do AP
6 - 23
O controle de acesso ao meio
 Evita colisões: 2 ou mais nós transmitindo ao mesmo tempo
 802.11: CSMA – escuta antes de transmitir
 Não colide com transmissões em curso de outros nós
 802.11: não faz detecção de colisão!
 Difícil de receber (sentir as colisões) quando transmitindo
devido ao fraco sinal recebido (desvanecimento)
 Pode não perceber as colisões: terminal oculto, fading
 Meta: evitar colisões: CSMA/C(collision)A(voidance)
6 - 24
O controle de acesso ao meio

Dois modos de operação

CSMA/CA: Distributed Coordination Function
(DCF)


com disputa pelo meio
Priority-Based: Point Coordination Function (PCF)


coordenador no ponto de acesso
sem disputa pelo meio
O protocolo CSMA/CA
Transmissor 802.11
1. Se o canal é percebido quieto (idle) por DIFS
então
 Transmite o quadro inteiro (sem CD).
2. Se o canal é percebido ocupado, então
 Inicia um tempo de backoff aleatório
 Temporizador conta para baixo enquanto o
canal está quieto
 Transmite quando temporizador expira
Se não vem ACK, aumenta o intervalo de
backoff aleatório, repete 2.
Receptor 802.11
 Se o quadro é recebido OK
retorna ACK depois de SIFS (ACK é necessário
devido ao problema do terminal oculto)
Evitando colisões
Idéia: permitir ao transmissor “reservar” o canal em vez de
acessar aleatoriamente ao enviar quadros de dados: evita colisões
de quadros grandes
 Transmissor envia primeiro um pequeno quadro chamado
request to send (RTS) ao ponto de acesso usando CSMA
 RTSs podem ainda colidir uns com os outros, mas são
pequenos
 O ponto de acesso envia em broadcast clear to send (CTS) em
resposta ao RTS
CTS é ouvido por todos os nós
 Transmissor envia o quadro de dados
 Outras estações adiam suas transmissões
Evita colisões de quadros de dados completamente
usando pequenos quadros de reserva!
6 - 27
Evitando colisão: a troca de RTS-CTS
A
AP
B
reservation collision
DATA (A)
time
defer
Quadro 802.11: endereçamento
Endereço 4: usado
apenas no modo ad
Endereço 1: endereço
hoc
MAC do destino ou AP
Endereço 3: endereço MAC
que deve receber o
da interface do roteador à
quadro
qual o AP é ligado
Endereço 2: endereço MAC
do hospedeiro sem fio ou AP
transmitindo este quadro
6 - 29
Quadro 802.11
# seg do quadro
Duração do tempo de
(para ARQ confiável)
transmissão reservada (RTS/CTS)
Tipo de quadro
(RTS, CTS, ACK, dados)
6 - 30
Wi-Fi - IEEE 802.11

Aplicações: Escritórios Residenciais
Wi-Fi - IEEE 802.11

Aplicações: Redes em Salas de Aula