Instituto Politécnico de Leiria
Escola Superior de Tecnologia e Gestão
Engenharia de Redes de Comunicações
Planeamento de uma rede de comunicações de uma Freguesia
“MaceiraNet”
Caso concreto da Freguesia de Maceira, Leiria, Portugal
Leiria
Maio de 2008
2
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Projecto:
Planeamento de uma rede de comunicações de uma Freguesia
“MaceiraNET”
Caso Concreto da Freguesia de Maceira, Leiria, Portugal
Âmbito:
Relatório da primeira fase da disciplina de Engenharia de Redes
de Comunicações da
Licenciatura do curso de Engenharia de Redes de Comunicações,
Ano lectivo 2007/2008
Autores:
Emanuel Santos Bem - [email protected]
Sílvio José Lucas Ferreira - [email protected]
Docente da Disciplina:
Doutor António Manuel de Jesus Pereira
Leiria Maio de 2008
3
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Resumo
Com este projecto pretende-se estudar, analisar e apresentar uma solução geral para
uma rede de informação onde seja garantido o fornecimento da Internet a uma
freguesia.
No caso concreto deste projecto, a Freguesia em estudo é a Freguesia de Maceira. As
principais características desta freguesia são o facto de apresentar uma grande área
territorial e uma população numerosa. A freguesia apresenta um grande número de
empresas, tratando-se no entanto de uma freguesia industrial.
O propósito deste projecto será o de interligar todas as localidades, centralizando o
tráfego numa delas, neste caso concreto na localidade de Maceira (edifício da Junta),
que é onde será feito o acesso à Internet.
Todas as localidades que compõem a freguesia serão interligadas por intermédio de
uma infra-estrutura wireless, para deste modo possibilitar o acesso deste serviço a
todos os seus habitantes, de forma gratuita mediante um registo.
4
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Acrónimos
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
AP Access Point
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
DNS Domain Name System
FTP File Transfer Protocol
HTTP Hyper Text Transfer Protocol
ISP Internet Service Provider
LAN Local Area Network
MAC Medium Access Control
NAT Network Address Translation
PAT Port Address Translation
PoE Power over Ethernet
SLAN Secure LAN
SSID Service Set ID
VLAN Virtual LAN
VoIP Voice over IP
VPN Virtual Private Network
WAN Wireless Area Network
WEP Wired Equivalent Privacy
5
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Índice
1.
Introdução............................................................................................................................. 9
1.1.
2.
Definição de requisitos e análise de rede ........................................................................... 11
2.1.
Caracterização da freguesia ........................................................................................ 11
2.2.
Potenciais utilizadores, aplicações e serviços ............................................................. 12
2.2.1.
Potenciais utilizadores......................................................................................... 12
2.2.2.
Potenciais aplicações........................................................................................... 13
2.2.2.1.
Necessidades de comunicação............................................................................ 13
2.2.3.
Potenciais Serviços .............................................................................................. 14
2.3.
3.
4.
Objectivos.................................................................................................................... 10
Requisitos de segurança (Levantamento de protocolos)............................................ 16
Definição da solução técnica............................................................................................... 17
3.1.
Critérios na escolha de solução de acesso à Internet ................................................. 17
3.2.
Critérios na escolha de solução da infra-estrutura Wireless ...................................... 17
3.3.
Critérios a adoptar para o ponto central da rede ....................................................... 18
3.4.
Critérios a adoptar para a rede interna da freguesia.................................................. 18
3.5.
Critérios a adoptar para as soluções dos utilizadores................................................. 19
3.6.
Critérios de serviços .................................................................................................... 19
Possíveis Tecnologias de Acesso ......................................................................................... 19
4.1.
WiMAX ........................................................................................................................ 19
4.1.1. Funcionamento ......................................................................................................... 20
4.2.
ADSL/VPN .................................................................................................................... 22
4.2.1. Funcionamento ......................................................................................................... 23
4.3.
Wi-Fi ........................................................................................................................ 24
4.3.1.
4.4.
Frame-Relay ................................................................................................................ 25
4.4.1.
4.5.
Funcionamento ................................................................................................... 24
Funcionamento ................................................................................................... 25
Circuitos Alugados....................................................................................................... 27
4.5.1. Funcionamento ......................................................................................................... 27
4.6. Ligações de Microondas................................................................................................... 27
4.6.1. Funcionamento ......................................................................................................... 29
5.
Definição da solução de internet ........................................................................................ 31
5.1.
6.
Limitações do ADSL ..................................................................................................... 31
Definição da solução técnica do ponto central da rede...................................................... 32
6
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.
Interligação das localidades ................................................................................................ 33
7.1.
Access Points (APs) e modos de operação.................................................................. 33
7.2.
No caso prático de Maceira ........................................................................................ 35
7.2.1.
7.3.
Equipamentos ............................................................................................................. 37
7.3.1.
Caixa Estanque .................................................................................................... 37
7.3.2.
Protectores contra relâmpagos........................................................................... 37
7.3.3.
Conectores RF...................................................................................................... 38
7.3.4.
Cabos ................................................................................................................... 39
7.3.5.
Power over Ethernet (PoE).................................................................................. 39
7.3.6.
Energia solar e eólica........................................................................................... 39
7.3.7.
Mastros................................................................................................................ 41
7.3.7.1.
7.3.8.
7.4.
7.5.
Antenas................................................................................................................ 42
Cálculos teóricos.................................................................................................. 44
Interligação e cobertura da infra-estrutura da Freguesia............................................... 47
7.5.1
Orçamento .......................................................................................................... 48
7.5.2
Diagrama de Cobertura....................................................................................... 49
7.5.3
Cenários das ligações .......................................................................................... 49
7.6
9
Segurança física............................................................................................... 41
Potências e ganhos na comunicação........................................................................... 44
7.4.1.
8
O backbone da infra-estrutura............................................................................ 35
Hotspots .......................................................................................................................... 51
Definições dos serviços ....................................................................................................... 51
8.5
Máquinas..................................................................................................................... 52
8.6
Licenças ....................................................................................................................... 52
8.7
Explicação em detalhe dos principais serviços a implementar................................... 52
8.7.1
Bandwidth Control Unit (BCU) ............................................................................ 52
8.7.1.1
Funcionamento ................................................................................................... 52
8.7.2
Solução VPN ........................................................................................................ 53
8.7.2.1
Funcionamento ................................................................................................... 53
8.8
Gestão e manutenção ................................................................................................. 54
8.9
Solução de segurança.................................................................................................. 54
Projecto da componente passiva da rede interna .............................................................. 54
9.5
Introdução................................................................................................................... 54
9.6
Enquadramento........................................................................................................... 55
7
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
9.7
Esquema de rede......................................................................................................... 55
9.8
Arquitectura Lógica ..................................................................................................... 56
9.9
Solução técnica............................................................................................................ 57
9.9.1
Tecnologias Usadas ............................................................................................. 57
9.9.2
Normas e Padrões ............................................................................................... 57
9.10
Componentes da infra-estrutura lógica ...................................................................... 58
9.11
Especificação de condições de montagem, testes e certificações.............................. 59
10
9.11.1
Especificação de condições de montagem.......................................................... 59
9.11.2
Especificações das condições de teste e certificação ......................................... 60
Conclusões....................................................................................................................... 62
Referências.................................................................................................................................. 63
8
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
1. Introdução
Portugal apesar de ser um país relativamente pequeno, tem sido pioneiro em
iniciativas relacionadas com a adopção das novas tecnologias da comunicação.
Sendo que a inovação é um factor crítico para o crescimento económico e para o
desenvolvimento social e humano, o aumento da competitividade regional e da
produtividade empresarial está dependente da construção de competências e difusão
de conhecimento entre os vários sectores locais, público ou privados, colectivos ou
individuais, institucionais ou informais.
Nesse sentido a Freguesia de Maceira, com o intuito de desenvolvimento e inovação,
pretende a criação de uma rede de informação na freguesia, que seja de todos para
todos. Desta forma pretende-se impulsionar a disseminação das novas tecnologias, o
acesso à informação e o fornecimento de serviços relacionados com o Ensino, a Saúde,
o Ambiente, o Turismo e outras actividades económicas, em que toda a arquitectura
de informação se encontra centralizada no ponto central (Edifício da Junta de
Freguesia de Maceira). Com este projecto pretende-se a criação da infra-estrutura,
especificando em maior detalhe toda a tecnologia necessária para tornar a Freguesia
de Maceira uma verdadeira freguesia digital, com todo os seus acessos à informação
inerentes.
9
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
1.1. Objectivos
Este projecto tem como objectivo principal, o fornecimento de serviço de redes de
informação com acesso à internet aos habitantes da freguesia de Maceira, serviço esse
cada vez mais necessário à nossa sociedade. Desta forma potencia-se a evolução
tecnológica, através do acesso a tecnologia e recursos, da fomentação de criação de
serviços “on-line”, a produção e partilha de conteúdos, a criação de comunidades,
entre muitas outras potencialidades.
Este projecto é composto por três etapas principais:
1. Criação de infra-estruturas necessárias para o fornecimento de acesso ao
serviço a todos os locais da freguesia;
2. Implementação de um conjunto de serviços e aplicações sobre a infraestrutura, de forma a unir toda a comunidade da freguesia e esta ao exterior
(Internet);
3. Criar a infra-estrutura e uma rede na Junta de Freguesia.
O serviço será disponibilizado gratuitamente a toda a população, cabendo ao utilizador
os custos inerentes à aquisição de equipamento de acesso ao mesmo. Será também da
responsabilidade do utilizador final qualquer dano provado por má utilização.
10
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
2. Definição de requisitos e análise de rede
Este capítulo corresponde à primeira fase do projecto, e encontra-se dividido em três subfases:
•
Caracterização da freguesia;
•
Potencias serviços, aplicações e utilizadores;
•
Requisitos de segurança;
2.1.
Caracterização da freguesia
A freguesia de Maceira situa-se a Sudoeste do concelho de Leiria e ocupa uma área de cerca de
47 km2, apresentando uma densidade populacional de 211,88 hab/Km2, num total de 9981
habitantes.
Figura 1 – Mapa da Freguesia de Maceira
A freguesia de Maceira apresenta a estrutura etária conforme o gráfico a seguir apresentado:
11
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Gráfico 1 – Estrutura etária da Freguesia da Maceira (dados recolhidos nos censos 1991 e 2001)
A actividade profissional desenvolvida nesta freguesia é essencialmente na área fabril.
Existe um grande número de empresas de pequena/média dimensão (PME’s) e ainda
uma empresa de grande dimensão, que empregam um grande número de pessoas da
freguesia.
Das vinte e nove localidades da freguesia, consideram-se como principais, as
localidades: A-do-Barbas, A-dos-Pretos, Maceira, Maceira-Lis, Maceirinha, Pocariça, e
Vale Salgueiro.
2.2.
Potenciais utilizadores, aplicações e serviços
Segue-se a apresentação de uma previsão inicial de potenciais utilizadores da rede, potenciais
aplicações e serviços a disponibilizar.
2.2.1. Potenciais utilizadores
Após um levantamento dos potenciais utilizadores da rede informática da freguesia, chegou-se
à seguinte lista:
•
13 Escolas de nível pré-escolar e 1ºciclo;
•
1 Escola de 2º,3º ciclo e secundário;
•
339 PME´s (Pequenas e Medias Empresas)
12
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
•
1 Empresa Grande Dimensão
•
3896 Alojamentos domésticos
•
32 Entidades Associativas e Culturais (Colectividades e Associações)
•
1 Junta de Freguesia
•
1 Quartel de Bombeiros Voluntários
•
2 Gimnodesportivos
•
2 Piscinas
•
1 Académica Social e Cultural de apoio à 3ºidade
•
2 Lares de Acção social
•
2 Centros de Saúde
•
50 Hotspots:
o Cafés
o Zonas Comerciais
Não se pode descartar o facto da possível existência de potenciais visitantes, que poderão
usufruir do serviço, nomeadamente através dos Hotspots. A política de acesso nestes locais
fica da responsabilidade da entidade gestora do serviço.
2.2.2. Potenciais aplicações
Considera-se também todas as possíveis aplicações que a infra-estrutura poderá suportar para
uma melhor definição de uma solução técnica.
•
Lazer/entretenimento (jogos em rede, visualização de vídeos difundidos - VoD, VoIP);
•
Profissionais (trabalho a partir de casa);
•
Cultural (pesquisas, musicas, vídeos);
•
Ensino (pesquisas, downloads, ensino à distancia: e-learning);
•
VoIP – Voz sobre IP;
•
VoD – Vídeo on Demand (aluguer de filmes);
•
Conferências com vídeo-difusão por multicast;
•
Serviço de Mobilidade IP e/ou Micro mobilidade (possibilidade de roaming);
•
Possibilidade de acesso através da nova versão do protocolo IP, o IPv6;
2.2.2.1. Necessidades de comunicação
A tabela a seguir apresentada, dá-nos a indicação dos grupos de utilizadores, o nº de
utilizadores dos mesmos, as aplicações que poderão utilizar, o tipo de tráfego usado, assim
como o seu destino.
13
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Id.
Descrição
Nº de
Utilizadores
G_EMP
Empresas
G_DOM
G_HOT
G_ESC
Aplicação
Arq.
Tráfego
151
WWW geral
TCP/IP
BE
Utilizadores
Domésticos
950
WWW geral
TCP/IP
BE
Proxy WWW
Junta
Hotspots
25
WWW geral
TCP/IP
BE
Proxy WWW
Junta
WWW geral
TCP/IP
BE
Proxy WWW
Junta
Videoconferência
TCP/IP
AD
VoIP
TCP/IP
Escolas
7
Local
Ficheiros
E-mail
BE
TCP/IP
E-mail
WWW geral
G_ENT
Entidades
Públicas
BE
TCP/IP
Intranet
4
VoIP
BE
G_INT
22
Serv. Fich.
Junta
Serv. Email
Junta
Serv. Email
Junta
Proxy WWW
Junta
Serv. Intranet
Junta
TCP/IP
Ficheiros
Instituições
Sociais,
Culturais e
Desportivas
BE
Dest. Tráfego
Proxy WWW
Junta
BE
Serv. Fich.
Junta
Videoconferência
Base de dados
Várias
TCP/IP
TCP/IP
AD
BE
BE
E-mail
TCP/IP
BE
Serv. Email
Junta
VoIP
TCP/IP
WWW geral
TCP/IP
BE
Proxy WWW
Junta
Serv. BD Junta
Internet
Tabela 1 – Grupos e os seus atributos e necessidades
2.2.3. Potenciais Serviços
Na solução apresentada teremos de ter em conta três entidades, nomeadamente os
utilizadores finais, a entidade fornecedora do serviço RAN (Junta de Freguesia de Maceira), e o
fornecedor do serviço da Internet (ISP). Este último terá um papel importante, pois irá
fornecer o acesso à Internet e outros serviços fundamentais.
14
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Como neste caso em estudo a solução apresentada terá de garantir o menor investimento
possível por parte da Junta, achamos por bem que a melhor solução seria a contratação de um
pacote de serviços onde a responsabilidade da gestão e manutenção pertencesse ao ISP, pois
implicaria a não contratação de gestores de rede e serviços e a não aquisição de Hardware e
Software dedicado, o que resultaria num investimento significativamente menor.
2.2.3.1.
Serviços Fundamentais a implementar na solução
Numa primeira fase, optou-se apenas pela implementação de serviços básicos e indispensáveis
para o suporte do serviço de Internet:
•
NAT
•
DNS
•
DHCP
•
HTTP
•
Proxy
•
Servidores de Autenticação:
•
o
Radius
o
VPN
Mecanismos de segurança: Firewalls
Derivado da solução escolhida, poderão existir outros serviços, disponibilizados pelo ISP ou
implementados pela Junta.
Numa segunda fase, passa-se à implementação de outros serviços:
•
Registo de Domínio .pt com subdomínios ilimitados
•
Constante actualização e manutenção da página Web da freguesia
•
E-Mail
•
Uso de certificados digitais
•
Mirrors com software Freeware ou Open Source
•
Hotspots
•
Servidor de FTP (File Transfer Protocol)
•
Serviço VoIP (Voice over IP) para redução de custos e facilidade de comunicação
dentro da freguesia.
15
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
2.2.3.2.
Outros Serviços
Para benefício da população, poderão ser posteriormente criados muitos outros serviços e
funcionalidades, entre eles os abaixo descritos:
•
Criação de salas com computadores com acesso a Internet em várias localidades da
freguesia;
•
Criação de acções de formação com o intuito de ensinar como usufruir do serviço;
•
Realização de tarefas on-line, via página Web da Freguesia
•
Comunicação via correio electrónico (e-mail)
•
Documentação entregue via e-mail
2.3.
Requisitos de segurança (Levantamento de protocolos)
Neste ponto deparamos com um dos maiores desafios das redes sem fios. É quase impossível
garantir a total segurança de uma rede sem fios. Porém existem ferramentas que poderão ser
utilizadas para minimizar ataques e invasões e consequente melhoramento da segurança da
rede, tais como:
•
Bloqueio por MAC Address
•
SSID – Service Set ID
•
WEP – Wired Equivalent Privacy
•
Firewall
•
VPN – Virtual Private Network
•
VLAN – Virtual LAN
•
SLAN – Secure LAN
•
802.1x
•
WPA2
Associadas a estas ferramentas deverão existir políticas e regras básicas de segurança
conforme as abaixo descritas:
•
Levantamento dos riscos e vulnerabilidades;
•
Identificação de recursos da rede e análise dos riscos de segurança;
•
Análise das necessidades de segurança e tradeoffs;
•
Desenvolvimento de um plano e políticas de segurança;
•
Desenvolvimento de procedimentos para aplicar as políticas de segurança;
•
Desenvolvimento de estratégias de implementação;
•
Formação aos utilizadores, administradores e pessoal técnica;
16
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
•
Distribuição gratuita de um manual de boas práticas, políticas e regras básicas de
segurança no uso da infra-estrutura wireless aos utilizadores;
•
Implementação de estratégias técnicas e de segurança;
•
Teste de segurança e actualização de mecanismos em caso de encontro de problemas;
•
Criação de manual de segurança com auditorias periódicas;
•
Definição de procedimentos para activação e uso das Redes sem Fio (Quem, quando e
onde);
•
Desactivação do broadcast do SSID, não utilizar os valores default dos fabricantes nem
valores “sugestivos”, e evitar a sua divulgação ou publicação;
•
Utilização de certificados Digitais para autenticação dos servidores;
•
Proibição de Access Points não autorizados;
•
Proibição de redes “ad-hoc”.
3. Definição da solução técnica
Para uma melhor definição da solução técnica a utilizar foram designados alguns critérios a
cumprir para limitar as escolhas.
Segue-se a apresentação dos critérios usados nas escolhas da solução de acesso à Internet e
dos equipamentos usadas para a criação da infra-estrutura wireless usada para interligar as
localidades.
3.1.
Critérios na escolha de solução de acesso à Internet
Características obrigatórias:
•
Mensalidade fixa;
•
Tráfego ilimitado (nacional e internacional).
Ter em conta:
•
Deverá ser incluído um pacote de serviços disponibilizados pelo operador, e incluídos
na mensalidade fixa (para eliminar necessidade de gestão da WRAN por parte da
Junta). Este pacote deverá conter o maior número possível de serviços contemplando
o custo/benefício destes;
3.2.
Critérios na escolha de solução da infra-estrutura Wireless
Características obrigatórias:
•
Possibilidade de adicionar novos pontos de acesso;
17
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
•
Nível mínimo de largura de banda teórica garantida nos links de core igual ou superior
à velocidade teórica do acesso à Internet;
•
Mecanismo de autenticação (por questões de segurança);
•
Acesso ao serviço apenas mediante registo na entidade responsável pelo mesmo (por
questões de segurança e gestão);
•
Baseada na norma 802.11g (débitos equivalentes à 802.11ª, com menor custo, e
interoperabilidade com a 802.11b);
•
Para garantir uma interoperabilidade entre hardware, software e outros serviços os
equipamentos activos (o passivo (antenas) não se engloba) deverão ser todos do
mesmo fabricante;
•
Garantia sobre a infra-estrutura, equipamentos, serviços e configurações de pelo
menos dois anos após a sua completa instalação.
Ter em conta:
•
Relação qualidade/preço na escolha dos equipamentos, embora o factor preço seja
privilegiado;
•
Possibilita suporte dos serviços pretendidos;
•
Redundância;
•
Disponibilidade;
•
Escalabilidade.
3.3.
Critérios a adoptar para o ponto central da rede
Características obrigatórias:
•
•
Localizado nas instalações da Junta de Freguesia;
Uso de router e servidores para garantir interligação da rede Wireless à Internet;
•
Protecção, através de firewalls, de todas as redes que interligam a Internet, a rede
Wireless e a rede interna da Freguesia;
•
SOs, firewalls, aplicações e serviços a instalar nos servidores do tipo Open Source ou
Freeware.
3.4.
Critérios a adoptar para a rede interna da freguesia
Característica obrigatória:
•
Protecção por firewall.
18
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
3.5.
Critérios a adoptar para as soluções dos utilizadores
Características obrigatórias:
•
•
•
3.6.
Responsabilidade pela segurança dos seus equipamentos;
Não autorização de colocação de APs ligados à rede;
Necessidade de registo na Junta de Freguesia para usufruir do acesso à rede.
Critérios de serviços
Características obrigatórias:
•
•
Serviços de autenticação;
Mecanismos de segurança.
4. Possíveis Tecnologias de Acesso
Apresentação das possíveis tecnologias de acesso e modo de funcionamento destas.
4.1.
WiMAX
A norma IEEE 802.16, completa em Outubro de 2001 e publicada em 8 de Abril de 2002,
especifica uma interface sem fio para redes metropolitanas (WMAN). Foi atribuído a esta
norma, o nome de WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). O termo
WiMAX foi cunhado por um grupo de indústrias conhecido como WiMax Fórum cujo objectivo
é o de promover a compatibilidade e interoperabilidade entre equipamentos baseados no
padrão IEEE 802.16. Esta norma é similar à norma Wi-Fi (IEEE 802.11), que já está bastante
difundida, mas agrega conhecimentos e recursos mais recentes, visando uma melhor
performance de comunicação.
A figura seguinte mostra a evolução do WiMAX, e das diferentes normas que a regulam.
Figura 2 – Evolução do Wimax.
A norma WiMAX tem como objectivo estabelecer a parte final da infra-estrutura de ligação de
banda larga (last mile) oferecendo conectividade para uso doméstico, empresarial e em
hotspots.
19
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 3 – Cenário de aplicação da tecnologia WiMAX
O seu enquadramento no mundo das tecnologias de acesso é bem explícito na Figura abaixo
mostrada.
Figura 4 – Enquadramento da norma IEEE 802.16 no mundo das tecnologias de acesso.
O benefício crucial do padrão WiMAX é a oferta de ligação Internet de banda larga em regiões
onde não existe infra-estrutura de cablagem telefónica ou de TV por cabo, que sem a menor
dúvida são muito mais onerosos. Este benefício económico do padrão sem fio para redes MAN
proporciona a difusão dos serviços de banda larga em países em desenvolvimento,
influenciando directamente na melhoria das telecomunicações do país e, consequentemente,
no seu desenvolvimento.
4.1.1. Funcionamento
O WiMAX apresenta três modos de operação, todos os três PHY: single carrier, OFDM 256 ou
OFDMA 2K. O modo de utilização mais comum é o OFDM 256.
Com o esquema de modulação robusto, o WiMAX entrega elevadas taxas de throughput com
longo alcance e uma grande eficiência espectral e que é também tolerante às reflexões de
sinais. A velocidade de transmissão dos dados varia entre 1 Mbps e 75 Mbps, dependendo das
condições de propagação, sendo que o raio típico de uma célula WiMAX é de 6 Km a 9 Km [15].
Uma modulação dinâmica adaptativa permite que uma estação rádio base negoceie o
throughput e o alcance do sinal. Por exemplo, se a estação rádio base não pode estabelecer
20
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
um link robusto com um assinante localizado a uma grande distância, utilizando o esquema de
modulação de maior ordem, 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), a modulação é
reduzida para 16 QAM ou QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), o que reduz o throughput,
porém aumenta o alcance do sinal [15].
Para acomodar com facilidade o planeamento da célula WiMAX, tanto nas faixas licenciadas
quanto nas não licenciadas, o 802.16a/d suporta diversas larguras de banda. Por exemplo, se
um operador tem disponível 20 MHz de espectro, ele pode dividi-lo em dois sectores de 10
MHz ou 4 sectores de 5 MHz cada.
O operador pode aumentar a quantidade de utilizadores mantendo um bom alcance do sinal e
um bom throughput.
O MAC (Media Access Control) do 802.16 fornece níveis de serviço Premium para clientes
corporativos, assim como um alto volume de serviços num padrão equivalente aos serviços
hoje oferecidos pelos serviços de ADSL e de Cable Modem, tudo dentro da mesma estação
rádio base. A comparação entre os serviços disponíveis das várias tecnologias de acesso físico
é bem explicada pela seguinte figura.
Figura 5 – Comparação dos serviços disponíveis no WiMAX e outras tecnologias de acesso.
Características de privacidade e criptografia estão previstos no padrão 802.16, permitindo
assim transmissões seguras incluindo os procedimentos de autenticação. A avaliação das
vantagens e desvantagens do WiMAX, é essencial na escolha da tecnologia de acesso físico de
banda larga a utilizar.
O WiMAX apresenta as seguintes vantagens:
•
Diminui os custos de infra-estrutura de banda larga para ligação com o utilizador final
(last mile);
•
Deverá ter uma aceitação grande por utilizador, seguindo a tecnologia Wi-Fi (802.11) e
diminuindo ainda mais os custos da tecnologia;
•
Possibilitará, segundo a especificação, altas taxas de transmissão de dados;
21
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
•
Possibilitará a criação de uma rede de cobertura de ligação de Internet similar à de
cobertura celular, permitindo acesso à Internet mesmo em movimento;
•
Existe amplo suporte do desenvolvimento e aperfeiçoamento desta tecnologia por
parte da indústria.
•
Por outro lado, apresenta as seguintes desvantagens [15]:
•
Nos testes até agora realizados a taxa de transmissão ficou um pouco aquém das
expectativas;
•
Apesar das muitas iniciativas e pesquisas, esta tecnologia ainda tem um período de
maturação a ser atingido;
•
Pode, em alguns países, haver sobreposição de utilização de frequência com algum
serviço já existente;
•
Nas faixas de frequência mais altas existem limitações quanto a interferências
causadas pela chuva, causando diminuição de taxas de transferências e dos raios de
cobertura.
Em suma, no âmbito do projecto, é de realçar que esta tecnologia é de especial interesse, pois
permite o fornecimento de uma ligação de banda larga a zonas de difícil acesso por
tecnologias de cabo. Adicionalmente, a implementação desta tecnologia prevê um
investimento inicial ao contrário de outras tecnologias que necessitam de um investimento
periódico (e.g. mensal como ADSL).
4.2.
ADSL/VPN
Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) é um dos formatos de DSL. Esta tecnologia de
comunicação permite uma transmissão de dados, através de linhas de telefone, mais rápida do
que um modem convencional pode oferecer aos seus utilizadores finais. O ADSL tem a
característica de que os dados podem ir mais rápido numa direcção do que na outra,
assimetricamente, diferenciando-o de outros formatos. Os ISPs geralmente anunciam o ADSL
como um serviço para as pessoas se ligarem à Internet, num modo relativamente passivo,
podendo usar velocidade mais rápida para o tempo de download e metade desta velocidade
para upload.
22
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
4.2.1. Funcionamento
Um circuito ADSL fornece três canais de comunicação: um canal downstream (sentido Internet
para o PC) de alto débito (1,5 a 8Mbit/s), um canal de upstream (sentido PC para a Internet) de
débito médio (16 a 640Kbit/s) e um canal para o serviço telefónico.
A tecnologia ADSL utiliza FDM ou cancelamento de eco para dividir a largura de banda
disponível pelos serviços. O processo de separação dos sinais de upstream e de downstream é
transparente. As frequências acima dos 4 KHz (voz) estão disponiveis para o DSL.
Figura 6 – Divisão do espectro para a comunicação ADSL.
O ADSL pode utilizar uma grande variedade de técnicas de modulação mas, os padrões da ANSI
e ETSI utilizam uma modulação baseada no DMT. A ideia básica do DMT é de separar a largura
de banda disponível num grande número de sub canais. O DMT é capaz de alocar dados para
que o débito em cada sub-canal seja maximizado.
O modem ADSL liga-se a uma linha analógica. Através da utilização de um spliter, é feita a
divisão da linha telefónica em duas bandas: voz e dados. O modem ADSL implementa ainda um
separador de canais, que efectua a separação dos canais de upstream e downstream. Do lado
do operador existe outro modem ADSL, e através de um spliter é feita a separação das
chamadas de voz dos dados. As chamadas de voz são encaminhadas para a rede telefónica
comutada. Os dados são multiplexados no DSLAM. O DSLAM multiplexa muitas linhas ADSL
numa única ligação de alta velocidade ATM. No retorno os dados são encaminhados através do
DSLAM e do modem do operador, até chegarem ao computador do assinante.
Figura 7 – Cenário típico de uma ligação ADSL
Alguns ISPs oferecem boas velocidades de download, como por exemplo 16 Mbit/seg. Mas na
prática esta velocidade depende de outros factores, tais como congestionamento em
23
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
servidores, localização do site visitado, entre outras. Logicamente quanto maior for a
velocidade de acesso mais cara se torna a mensalidade a pagar.
O acesso à Internet é 24/7, ou seja, trata-se de uma ligação permanente. Apesar do sistema
ADSL funcionar por meio da linha telefónica, não são computados os pulsos para acesso à
Internet, ao invés dos modems analógicos. O que quer dizer que não é pago mais do que o
valor acertado com a operadora.
Como o próprio nome sugere, uma das desvantagens do ADSL é o facto de o serviço ser
assimétrico. As velocidades de upload e de download são diferentes.
4.3.
Wi-Fi
O Wi-Fi é a tecnologia de acesso sem fios mais popular do momento. Desde que foi aprovado
pelo IEEE (Institute of Eletrical and Eletronics Engineers) em 1996, o standard das redes sem
fios Wi-Fi (802.11), bem como sua popularidade, tem crescido de forma surpreendente.
Recentemente, foi divulgado que conexões sem fios já são mais populares que os antigos
cabos ethernet em ambientes residenciais. O facto pode ser comprovado quando observamos
que praticamente todos os portáteis comercializados incluem suporte para Wi-Fi.
4.3.1. Funcionamento
O Wi-Fi tem algumas variações principais, as quais são resumidas em baixo:
•
802.11b – Trata-se da variante mais difundida nos dias que correm. Opera na faixa de
frequência de 2.4GHz (frequências livres que não carecem de licenças) e com taxas de
transferência de até 11Mbps.
•
802.11a – Opera nos 5.0GHz (também livre). Permite taxas de transferências bem
maiores, de aproximadamente 54Mbps.
•
802.11g – Esta variante permite também taxas de transferência de até 54Mpbs, opera
tanto nos 2.4GHz como nos 5Ghz.
Em termos gerais, o Wi-Fi é definido como uma tecnologia de transmissão de dados via rádio.
Veja-se em abaixo uma tabela com as principais características destas três variações mais
comuns.
Uma das poucas vantagens apresentadas pela tecnologia 802.11a quando comparada com as
outras variantes, é o facto de ser menos susceptível a interferências. As frequências na faixa
dos 2.4Ghz sofrem interferências causadas por alguns aparelhos domésticos, nomeadamente
telefones sem fios e microondas. As principais desvantagens da versão 11a são o seu alcance
24
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
reduzido (por trabalhar numa frequência mais alta, o sinal tem maiores dificuldades de
propagação em ambientes internos ou com obstáculos) e o seu elevado custo.
Há alguns anos, a tecnologia Wi-Fi estava presente apenas em ambientes empresariais. Desde
esse tempo para cá, as vendas de routers wireless, portáteis e PDAs (com recursos wireless),
bem como o número de hotspots em centros comerciais, aeroportos e restaurantes, têm
aumentado de forma considerável. Estima-se que, dentro de alguns anos, o tamanho da
cobertura da próxima geração de redes sem fios, o WiMAX, seja parecido com a da telefonia
móvel, facto este que, caso se torne verdade, trará novos horizontes para o mundo das
telecomunicações.
4.4.
Frame-Relay
O Frame-Relay é uma técnica de comutação rápida de pacotes. Esta tecnologia visa liminar
uma grande parte do cabeçalho da célula utilizada no X.25 (o seu antecessor), diminuindo o
processamento das células nos nós. Basicamente pode-se dizer que a tecnologia Frame-Relay
fornece um meio para enviar informações através de uma rede de dados, dividindo essas
informações em frames (quadros) ou packets (pacotes). Cada frame transporta consigo um
endereço que é usado pelos equipamentos activos da rede para determinar o seu destino. Isto
permite que uma grande variedade de aplicações utilize esta tecnologia, aproveitando-se de
sua confiabilidade e eficiência no uso de banda.
4.4.1. Funcionamento
Frame-Relay consiste num protocolo de rede o que significa que, ao invés de linhas ponto a
ponto, existe uma infra-estrutura comutada entre o emissor e o destinatário. Na verdade tanto
o emissor como o receptor (clientes) têm uma linha dedicada, desde a sua localização, até ao
nó mais próximo da rede Frame-Relay. Quando o emissor origina uma mensagem, esta é
enviada pela sua linha até à rede Frame-Relay. Os equipamentos activos encarregam-se de
encaminhar a mensagem pela rede e finalmente enviam-na para a linha do destinatário de
forma a ser recebida pelo receptor.
O Frame-Relay é baseado no uso de Circuitos Virtuais (VCs). Um VC é um circuito de dados
virtual bidirecional entre 2 pontos da rede, que funciona como se fosse um circuito dedicado.
Existem 2 tipos de Circuitos Virtuais: Os PVCs (Permanent Virtual Circuit) e os SVC’s
(Switched Virtual Circuit).
O PVC é um circuito virtual permanente configurado por um operador da rede. Este tipo de
circuito identifica-se como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. A rota através dos
equipamentos de rede pode ser alterada à medida que ocorrem falhas ou reconfigurações,
25
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
mas as extremidades são mantidas fixas. Já o SVC é um circuito virtual comutado, que é
disponibilizado
na rede de forma automática, conforme as necessidades, sendo utilizado principalmente por
aplicações de Voz que estabelecem novas conexões a cada chamada.
Uma rede Frame-Relay é composta por:
•
Equipamentos de utilizadores (PCs, estações de trabalho, servidores, computadores de
grande porte, etc.) e suas respectivas aplicações;
•
Equipamentos de acesso com interface Frame-Relay (bridges, routers, dispositivos de
acesso Frame-Relay - FRAD, etc.);
•
Equipamentos de rede (switches, routers, equipamentos de transmissão com canais E1
ou T1, etc.).
A rede Frame-Relay é sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples
conexão física entre 2 pontos distintos. A conexão entre esses pontos é feita através de um
circuito virtual (virtual circuit) configurado com uma determinada banda. A alocação de banda
física na rede é feita pacote a pacote, aquando da transmissão dos dados.
A figura seguinte exemplifica um cenário típico de uma rede Frame-Relay:
Figura 8 – Rede frame relay
Vantagens do Frame-Relay:
•
Linha simétrica (a largura de banda é igual tanto para download como para upload);
•
Elevadas velocidades;
•
Transparência nos protocolos transportados;
•
Preço independente da distância;
•
Disponibilidade em todo o território nacional (continente e ilhas);
26
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Desvantagens do Frame Relay:
•
Tecnologia mais cara
•
Configurações mais complexas
O frame-relay está associado à constituição de zonas, estas estão delimitadas por distâncias
específicas. Se um nó final estiver situado a mais de 10 km de um nó de acesso, este situa-se
na zona 2. A distinção entre zonas implica um aumento de custos.
4.5.
Circuitos Alugados
É dependente da distância, similar ao Frame-Relay, mas a grande vantagem, é que temos uma
ligação sempre em cima. O tráfego tem um débito constante tendo em conta a velocidade
contratada.
Uma linha dedicada é um link ponto-a-ponto entre dois extremos de uma comunicação. Um
extremo da ligação apenas pode “falar” directamente com o outro extremo da ligação, daí que
uma rede de circuitos alugados, normalmente tenha uma configuração “hub and spoke”, onde
todos os extremos remotos das ligações estão ligados a um hub central.
4.5.1. Funcionamento
Para a utilização de circuitos alugados, é necessário recorrer a um ISP, de modo a
contratualmente alugar 1 ou mais linhas às velocidades pretendidas. O custo depende tanto da
velocidade da ligação como do comprimento da ligação. Estas ligações tendem a ser bastante
dispendiosas.
As vantagens de utilizar circuitos alugados, são as seguintes:
•
Ligação sempre em cima;
•
O tráfego tem um débito constante tendo em conta a velocidade contratada.
A grande desvantagem é a seguinte:
•
Custo elevado por cada linha contratualmente alugada.
4.6. Ligações de Microondas
Para as frequências superiores a cerca de 30 MHz, a ionosfera deixa de ser o factor
determinante no estabelecimento de ligações via rádio. À medida que a frequência aumenta e
o comprimento de onda se reduz, passa a ser possível recorrer a antenas cada vez mais
27
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
directivas, confinando a maior parte da energia transmitida a um feixe, progressivamente mais
estreito.
A propagação faz-se normalmente em linha de vista, isto é, entre antenas que se “vêem” uma
à outra. Sempre que o comprimento da ligação excede cerca de 50 km, ou que a orografia o
impõe, é necessário instalar estações intermediárias que funcionam como repetidores ou
relés. A ligação divide-se, então, em ligações elementares, também designadas por secções
radioeléctricas ou saltos.
O recurso a frequências muitas vezes superiores a 1 GHz, conjugado com a largura de banda
disponível nestas frequências, permite atingir capacidades de transmissão muito elevadas. Por
outro lado, a ausência de suporte físico torna este tipo de ligação atraente quando comparado
com os cabos de fibras ópticas para distâncias elevadas (superiores a alguns dezenas de
quilómetros) ou quando existem obstáculos à instalação do suporte físico (rios, cadeias de
montanhas).
Os sistemas de rádio móvel celular ganharam ultimamente algum espectro de frequências em
detrimento do rádio digital de microondas, nomeadamente através da partilha da banda de
1.9 a 2.3 GHz com as ligações fixas de rádio.
Até sensivelmente ao meio dos anos 90, cada recomendação definia claramente a gama de
frequências, o número de canais que podia ser utilizado dentro dessa gama, o espaçamento
entre canais, o débito binário e as possibilidades de polarização.
A competição do rádio digital de microondas com a fibra óptica tem conduzido a uma notável
liberalização da utilização do espectro do rádio.
As bandas de frequências têm sensivelmente permanecido as mesmas para o serviço de rádio
fixo, excepto no que diz respeito à inclusão de espectro adicional em alguns países,
particularmente nas frequências acima dos 20 GHz.
Muitas bandas de frequências podem ter agora vários tipos de configuração. As já muito
utilizadas bandas de 4 e 6 GHz melhoraram a sua flexibilidade. As maiores alterações para
estas bandas podem referir-se como as seguintes:
•
Larguras de canal variáveis;
•
Operação co-canal;
Assim, por exemplo, a banda de 3.6 a 4.2 GHz pode ter espaçamentos de canal de 10, 40, 60,
80 ou 90 MHz quer com polarizações entrelaçadas ou com co-polarização. Os tipos de
modulação variam desde o 4-PSK até 256-QAM.
Outro ponto importante a referir será o das antenas a utilizar em ligações microondas. Um
sistema de rádio deve estar apoiado num sistema de antenas eficiente, em particular se se
28
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
tratar de ligações ponto-a-ponto em microondas onde se lida com baixas potências de saída e
altas perdas de propagação.
A eficiência do sistema de antenas depende de quanta energia transmitida pode ser captada
pela antena de recepção e essa energia depende das características de ambas as antenas (de
transmissão e recepção).
Em radiodifusão a eficiência é, em geral, baixa porque há que radiar energia mais ou menos
igualmente em todas as direcções; para compensar as estações de radiodifusão devem
transmitir grandes potências.
É exactamente o oposto do que acontece com as ligações ponto-a-ponto em microondas em
que é transmitida uma potência baixa, devendo, por isso, as antenas de emissão e recepção
serem altamente direccionais.
4.6.1. Funcionamento
Na sua forma mais simples uma ligação de microondas, pode ter apenas um único salto com
um par de antenas separadas ou então pode ser constituída por uma espinha dorsal
(backbone) contendo vários saltos, no seu conjunto podendo atingir várias centenas ou
milhares de quilómetros. Tipicamente um salto único cobre de 30 a 60 km de em regiões
relativamente planas para frequências na banda dos 2 aos 8 GH. Claro que quando as antenas
são colocadas no topo de montanhas, podem-se esperar saltos de muito maior comprimento.
As condições atmosféricas e a natureza do terreno afectam a propagação das microondas de
tal modo que dois pontos podem estar em linha de vista e a transmissão não ser satisfatória.
No que diz respeito às capacidades disponíveis, a utilização de bandas de frequências na
ordem dos 6 aos 8 GHz e dependendo da largura de faixa em MHz e da modulação utilizada, as
ligações de microondas permitem capacidades dos 2 aos 155 Mbps.
Na figura seguinte, é visível uma estação transmissora/receptora. Muitas vezes as estações
estão em locais isolados e dai a razão da existência de uma vedação para proteger a estação e
também de um depósito de combustível para o caso de falha de energia da rede (caso exista
rede eléctrica comercial).
29
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 9 - Estação transmissora/receptora
Esta tecnologia apresenta as seguintes vantagens:
•
Estabelecimento de ligações a distâncias elevadas, podendo uma única ligação atingir
os 30 km. Assim sendo, é uma tecnologia perfeitamente adequada para o
estabelecimento de ligações backbone;
•
Permite capacidades elevadas (até 155 Mbps);
•
Boa discriminação a interferências e a reflexões com grandes atrasos;
•
Eficiente diversidade de espaço.
Por outro lado, apresenta as seguintes desvantagens:
•
Saltos longos vulneráveis a fadings devidos à formação de ductos e desacoplamento,
em áreas climáticas adversas, requerendo libertações mais altas do trajecto;
•
Bandas congestionadas em algumas áreas geográficas;
•
Elevado investimento inicial em infra-estruturas físicas (torres de transmissão,
equipamento de transmissão, antenas, etc.);
•
Necessidade de uma licença para a utilização de determinadas bandas,
nomeadamente dos 6 aos 8 GHZ. Licença esta que terá de ser pedida à ANACOM e
implicará um custo semestral.
Apesar de ser uma tecnologia que deverá apresentar um investimento inicial, bem
superior relativamente a outras tecnologias wireless, como uma solução Wi-Fi. É sem
30
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
dúvida uma tecnologia apropriada para o cenário em questão, tendo em conta a
natureza do terreno e as capacidades pretendidas.
5. Definição da solução de internet
Após um estudo das possíveis ligações tecnologias de acesso, chegou-se à conclusão que a
melhor solução deverá ser uma ligação ADSL com as seguintes características:
•
Taxa de contenção 1:20;
•
Tráfego ilimitado (nacional e internacional);
•
Débito de 8Mbps;
•
Distância máxima até ao comutador deve permitir o débito anterior.
Nota:
A distância máxima até ao comutador do operador não poderá exceder os 5Kms, mas quanto
maior a distância menor será o débito possível. Deverá ser considerado este factor no
planeamento. A figura seguinte mostra a relação débito/distância para a tecnologia ADSL:
Figura 10 - Relação débito (Mbps) / distância ao comutador (Km).
Com o aumento da distância a largura banda diminui. A 5km a largura de banda passa para
1Mbps. Devido ao seu débito, às distâncias que suportam e ao seu espectro de frequências, as
variantes xDSL estão a suscitar várias estratégias de implementação por parte dos operadores.
Alternativa a ponderar.
5.1.
Limitações do ADSL
Realizou-se um estudo para apurar a disponibilidade da ADSL para a freguesia de Maceira.
Através deste, foi possível averiguar que o comutador do operador mais próximo da Junta de
freguesia se situa em Maceira-Lis, no edifício dos Correios, como podemos ver na figura da
próxima página.
31
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 11 - Central ADSL mais próxima em Maceira-Lis (mapa: Google Earth)
Segundo as fontes da internet:
•
http://coberturaadsl.oninet.pt/
•
http://ajuda.sapo.pt/internet/sapo_adsl/geral/Como_poderei_saber_se_tenho_cobe.
html
foi possível verificar que na Maceira existe 100% de probabilidade de ter ADSL (usando o
número de telefone da junta de freguesia - 244777186).
Como a distância entre o comutador e a Junta não excede os 3 Km, não existirá qualquer tipo
de limitações por isso pode garantir-se os 8 Mbps pretendidos.
6. Definição da solução técnica do ponto central da rede
O ponto central é importantíssimo na infra-estrutura, pois é onde se efectua o acesso à
Internet (dai a colocação de um router ADSL), a convergência de todas as ligações wireless
(para isso coloca-se uma bridge de topo da hierarquia) e o alojamento dos servidores e
serviços que a constituem. Colocou-se um switch para interligar todos estes componentes da
infra-estrutura, mais a rede interna e a rede de acesso à internet da Junta, como se pode
comprovar na figura da página seguinte:
32
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 12 - Solução a implementar no ponto central da rede.
Chegou-se a esta configuração tendo em conta o investimento a efectuar (garantindo um
baixo custo), pois trata-se de uma solução simples em termos de implementação e
configuração e garante a segurança e performance desejada numa primeira fase. Consoante o
aumento de utilizadores e consequente tráfego e número de serviços, pode dar-se o caso da
necessidade de um upgrade da estrutura.
7. Interligação das localidades
Neste ponto, serão descritos os equipamentos, e os métodos necessários para interligar as
localidades.
7.1.
Access Points (APs) e modos de operação
Os APs possibilitam a comunicação dos utilizadores wireless entre si e com outras redes (tais
como a Internet). Estes podem funcionar em três modos distintos (consoante a sua
configuração) abaixo apresentados:
•
Root
o Este é o modo de operação padrão. É utilizado quando o AP é conectado a um
backbone ethernet. Neste modo, os APs que estão conectados ao mesmo
segmento etherne, podem comunicar. Os APs comunicam entre si para
coordenar funcionalidades de roaming, tais como reassociação. Clientes
Wireless localizados em células diferentes podem comunicar através do seu
respectivos APs, através do segmento ethernet.
33
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 13 - APs em modo root
•
Repeater
o Neste modo um AP actua no modo root enquanto que o outro actua como
repetidor. Os clientes associam-se ao AP repetidor que por sua vez é um
cliente do AP root. A ligação entre eles forma um link wireless dentro de uma
estrutura de cabo.
Este modo não é muito utilizado porque existem algumas desvantagens:
Os clientes ligados ao AP repetidor têm baixo throughput e altos
tempos de latência nessa configuração, devido ao fcato de que ambos
os APs comunicam com os clientes através do mesmo link wireless.
O alcance na qual os clientes podem associar-se ao AP repetidor é
reduzido drasticamente.
Figura 14 - APs em modo repeater
34
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
•
Bridge
o Neste modo o AP actua como se fosse uma ponte wireless ligando dois
segmentos ethernet. A finalidade de uma ponte é isolar dois segmentos de
rede e dessa forma impedir que o tráfego não endereçado a máquinas de um
determinado segmento atinjam o mesmo, evitando a sobrecarga daquele
segmento. Os APs nesse modo fazem o mesmo só que a ligação entre eles é
sem fio. Difere do modo root, pois aí os clientes não se associam ao AP.
Figura 15 - APs em modo bridge
7.2.
No caso prático de Maceira
Para interligar as localidades da Freguesia de Maceira optou-se pelo uso da faixa de
frequências entre os 5.470 Mhz até aos 5.725Mhz pois a ANACOM definiu esta como isenta de
pagamento (consequente menor investimento por parte da junta) e orientada para exteriores.
Devido aos factos anteriormente descritos, optou-se pelo uso da norma IEEE 802.11g.
Relativamente ao modo de funcionamento dos APs e tendo em conta os factos apresentados
no ponto anterior, optou-se pelo modo root para ligar os clientes wireless à rede e para
efectuar a interligação das WLANs optou-se pelo uso do modo bridge.
7.2.1. O backbone da infra-estrutura
Relativamente ao backbone da infra-estrutura da WRAN de Maceira este é formado por um
ponto central em cada localidade, onde se ligam os utilizadores, e onde cada ponto permite a
ligação entre localidades adjacentes (todas com linha de vista), tal como a figura da página
seguinte demonstra:
35
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 16 - Estruturas do backbone wireless que interliga as diferentes localidades.
A figura seguinte procura fazer uma representação hierárquica da rede:
Figura 17 - Representação da estrutura hierárquica do backbone
36
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
A bridge central (AP em modo bridge) encontra-se no edifício da Junta de Freguesia de
Maceira. Nas restantes localidades são usados APs a funcionar como repetidores (AP em modo
repeater). No caso da ligação da localidade de Pocariça à localidade de A-dos-Pretos optou-se
pela solução de ligar estes dois repetidores, pois não existia linha de vista entre o ponto
central e a localidade de A-dos-Pretos.
7.3.
Equipamentos
Para cada estação serão necessários outros equipamentos e acessórios para além dos APs (em
modo repeater ou bridge).
Serão necessários os seguintes acessórios:
•
Caixas estanques (para proteger os APs exteriores)
•
Protectores contra relâmpagos (Lighting arresters/Lighting Protector/Surge
protectores )
•
Conectores RF
•
Cabos RF
•
Power over Ethernet (PoE)
•
Energia solar e eólica
•
Mastros
De seguida serão descritos os equipamentos mencionados anteriormente.
7.3.1. Caixa Estanque
Utilizada para proteger o AP em condições exteriores.
Figura 18 - Antena Yagi com Caixa estanque
7.3.2. Protectores contra relâmpagos
Outros dos equipamentos que poderão ser usados são os protectores contra relâmpagos
(lighting arresters (LA) ou Lighting Protector (LP ou Surge protectores). Os LAs são usados para
proteger o hardware WLAN que está ligado à antena (APs por exemplo), e têm com como
37
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
finalidade desviar a corrente proveniente de relâmpagos para a terra. Mesmo os melhores LAs
nunca conseguirão suportar completamente o impacto de um relâmpago na antena, apenas
tentam reduzir os danos desse impacto redireccionando os picos de corrente até 5000
amperes e até 50 volts.
Figura 19 - Exemplo de um protector de relâmpagos
Uma alternativa complementar a estes dispositivos é usar dois transceveirs óptico/eléctrico e
um patch de fibra. Com esta solução interrompe-se o percurso entre a bridge e a LAN,
evitando danificar outros equipamentos da rede interna.
7.3.3. Conectores RF
Os conectores RF servem para se interligarem cabos ou equipamentos a outros equipamentos.
Tradicionalmente em WLANs são utilizados conectores do tipo N, F, SMA, BNC, e TNC.
Figura 20 - Os diferentes conectores para redes wifi (retirado de wireless.com.pt)
Ter em atenção na escolha do conector RF:
o O conector RF deve ter a mesma impedância que os equipamentos wireless
(normalmente 50 ohms);
o Ter em contas perdas do cabo, para o cálculo da distância e potência do sinal
necessária;
o Conhecer as limitações em termos de frequência;
o Cuidado com a má qualidade dos cabos. É importante comprar de uma empresa com
reputação;
o Ter a certeza do tipo de cabo que necessita comprar (N, F, SMA, etc.) e se o conector é
macho ou fêmea.
38
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.3.4. Cabos
Ter em conta quando se escolhem os cabos que:
1. Os cabos introduzem perdas na comunicação;
2. Comparar cabos com comprimento fixo e já com os conectores instalados;
3. Procurar os cabos que tenham menor perdas (embora o preço aumente) e ter cuidado
com as unidades;
4. Comprar cabos com a mesma impedância que os equipamentos de rede (geralmente
50ohms);
5. Ter em conta a resposta em frequência do cabo;
6. Para o caso da instalação exterior, poderá ser necessário estender o cabo quando o AP
e antena estão longe um do outro (a utilização do cabo CAT5 pode ser o remédio para
o problema pois assim é possível aproximar ao máximo o AP à antena);
7. Para ambientes exteriores é necessário que o cabo seja à prova de água.
Existem aplicações que permitem simular as perdas dos cabos. Poderá ter acesso a uma no
sítio http://www.timesmicrowave.com/cgi-bin/calculate.pl.
7.3.5. Power over Ethernet (PoE)
Este é um método de transporte de voltagem DC para um AP atavés de um cabo ethernet
Cat5. Tem como objectivo fornecer alimentação além de também transportar dados para o AP
(de forma fiável até 100 metros, para distâncias superiores a esta PoE não é a solução), assim
reduzindo os custos de instalações eléctricas.
7.3.6. Energia solar e eólica
No caso de não existir no local de instalação acesso a energia eléctrica, é sempre possível
recorrer a energia solar ou eólica.
7.3.6.1.Energia solar
Um painel solar, é feito dum elemento natural, a silicone, que possui a capacidade de ficar
“carregado” electricamente quando sujeito à luz solar. Os painéis solares produzem
normalmente voltagens baixas, na ordem dos 6 a 24 volts, sendo a mais usada a de 12 volts. A
intensidade da radiação do sol altera-se a cada hora do dia, ou altura do ano, e também das
condições atmosféricas. De modo a efectuar os cálculos correctos de planeamento para o
sistema de painéis solares, é necessário expressar a energia de radiação solar em horas de
máximo período solar por metro quadrado. As horas de pico máximo de energia solar,
representam em média a disponibilidade do sol num ano. Presume-se que em alturas de pico
39
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
máximo solar, chega ao sol terrestre cerca de 1000 W/m². Uma hora de sol em pleno Verão
representa 1 kWh/m².
7.3.6.1.1.
Componentes dum sistema de painéis solares
Os quatro principais componentes para produzir electricidade usando energia solar são:
painéis solares, reguladores de carga, baterias e um inversor. Os painéis solares “carregam” a
bateria, e o regulador de carga assegura que é dada à bateria a quantidade suficiente de
energia. O inversor é usado quando é necessário converter a energia de corrente contínua
para corrente alternada (12V DC para 220V AC).
7.3.6.1.2.
Painéis Solares
A saída de um painel solar é medida em watts. A fórmula para calcular a potência é multiplicar
a tensão (V) pela amperagem (A).
Em Portugal existe em média 3 horas de pico de solar. Neste caso, um painel solar com 60W é
capaz de produzir em média 60*3=180watt-hora de potência. Dado que a intensidade do sol
varia ao longo do dia, usamos a média de horas de pico solar, para representar todas as
variações solares ao longo de um dia. Naturalmente, dias nublados não vão produzir tanta
energia como dias soalheiros, por isso, usando estes valores, considera-se sempre uma
estimativa média entre o pior e o melhor cenário.
Figura 21 - Painel solar
7.3.6.1.3.
Regulador de Carga
Um regulador de carga monitoriza a capacidade de carga da bateria e assegura que a bateria
apenas recebe a energia que necessita, evitando sobrecargas. Ligar um painel solar
directamente a uma bateria, corre-se o risco de danificar permanentemente uma bateria.
Figura 22 - Regulador de carga
40
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.3.6.1.4.
Bateria
As baterias podem ser carregadas e descarregadas milhares de vezes e são caracterizadas pela
sua amperagem por hora. Por exemplo, uma bateria de 350ah, pode fornecer 17,5 amperes
contínuos durante 20 horas, ou 35 amperes durante 10 horas.
Figura 23 – Bateria
7.3.6.1.5.
Inversor
Um inversor é o responsável por alterar a corrente continua armazenada numa bateria para
corrente alternada a 220 V. A maioria dos painéis solares gera corrente continua, no entanto, a
maioria dos equipamentos usam energia alternada, sendo o inversor um equipamento
importante num sistema de painéis solares.
Figura 24 – Inversor
7.3.7. Mastros
Os mastros servem para criar uma elevação suficiente de maneira a que exista linha de vista
entre antenas. Também podem ser usados para elevar o dispositivo de energia eólica.
Figura 25 - Exemplo de mastros para afixação de antenas
7.3.7.1.
Segurança física
É necessário garantir a segurança física das estações base. Os mastros devem ficar bem fixos,
para evitar que o vento dobre o mastro. Os APs devem ficar bem fixos ou a uma parede de
preferência à sombra, ou no próprio mastro e fora de alcance de possível furto.
41
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.3.8. Antenas
Uma antena serve para converter o sinal eléctrico em ondas RF no transmissor e o oposto no
receptor. É necessário colocar as estações base e a antena em cada localidade de modo a ter
linha de vista ou line of sight (LOS) da ligação para a outra localidade. LOS é uma linha recta
que interliga o transmissor e o receptor.
É necessário também ter em conta as zonas de Fresnel. Mesmo tendo LOS, é necessário que a
zona de Fresnel também esteja livre. Objectos que estão dentro da zona de Fresnel como
árvores edifícios podem difractar ou reflectir o sinal principal. Os objectos podem absorver o
sinal RF, causando uma degradação do sinal ou mesmo perda de sinal.
A imagem a seguir exibida, representa os casos anteriormente falados:
Figura 26 - Ligação wireless com linha de vista e zona de Fresnel
7.3.8.1.Antena omnidireccional (Dipólo)
A antena omnidireccional irradia energia em todas as direcções em relação ao seu
eixo. A antena tem de ser montada na vertical como mostra a figura seguinte.
Figura 27 - Antena omnidireccional
O diagrama de radiação da antena toma a forma de um donut:
Figura 28 - Diagrama de radiação da antena
42
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.3.8.2.Antena semi-direccional
As antenas semi-direccionais transmitem mais energia numa determinada direcção. Por esse
motivo, este tipo de antena é ideal para interligar edifícios. Existem dois modelos deste tipo de
antenas. Existe o modelo Yagi (o que se irá utilizar nesta solução), que é utilizada entre edifício
até 3.3km, ou seja, distâncias curtas e/ou médias; e existem ainda as antenas de Painel (Patch)
que são para curtas distâncias, e se usam apenas de edifício a edifício.
Figura 29 - Antenas Patch
Figura 30 - Antenas Yagi
Na figura seguinte mostra como é radiada a energia deste tipo de antenas.
Figura 31 - Diagrama de radiação de uma antena Patch e Yagi
43
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Para distâncias superiores, até 42Km, são utilizadas as antenas direccionais (parabólicas). Este
tipo de antenas não são necessárias, mas a sua aplicação requer que estas estejam
exactamente direccionadas.
Para o caso da Maceira, como as distâncias não passam os 3,1 Kms entre localidades (por
exemplo a distância entre Maceira e A-do-Barbas é de 3.06km), iremos utilzar antenas Yagi e
omnidireccionais.
Para cada localidade foi escolhida uma antena omnidireccional, uma vez que irá ser um nó
acesso público, e então, será necessário ter uma antena que irradie em todos os sentidos ou
seja 360º.
7.3.8.3.Antenas Direccionais
Embora não sejam utilizadas nesta solução, as antenas direccionais de grelha são ideais para
longas distâncias e altamente direccionais.
Foram construídas com um material que permitir uma maior durabilidade e um peso menor. O
seu desenho evita grande parte da interferência causada pelo vento.
Inclui um kit de montagem que permite uma inclinação máxima de 60º, permitindo um
alinhamento da antena mais fácil e preciso.
Figura 32 – Antena Direccional
7.4.
Potências e ganhos na comunicação
Ao implementar uma rede wireless, tem de se ter em atenção as características do receptor,
do transmissor e a distância entre eles.
7.4.1. Cálculos teóricos
É possível calcular-se as potências necessárias nas antenas, no transmissor, e a sensibilidade
necessária no receptor (em todos estes caso não se deve esquecer a perdas induzida pelos
cabos). Para isto existem modelos teóricos.
44
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
A figura abaixo descrita ilustra os factores a ter em conta na qualidade da ligação tanto no
transmissor como no receptor.
Figura 33 – Link Budget
Fórmulas:
Perdas em espaço livre:
o A el = 32.5 + 20log (F) + 20log (d)
Onde:
o F = frequência (MHz)
o D = distância entre as antenas (em km)
Nível de Potência do sinal no receptor:
o P rx = P tx – A tx + G tx - A el + G rx – A rx
Onde:
o P tx = Potência transmitida
o A tx = Perdas dos cabos e conectores no transmissor
o G tx = Ganho da antena transmissora
o A el = Perdas em espaço livre
o G rx = Ganho da antena receptora
o A rx = Perdas dos cabos no receptor
45
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Margem de operação (ou Link Fade Margin (LFM)) para garantir comunicação:
o LFM = Prx – Srx
Onde:
o P rx = Nível de potência recebida
o S rx = Sensibilidade do receptor (deve ser no mínimo 10 dB)
Para a ligação entre freguesias utilizou-se a faixa dos 5 Ghz (mais propriamente a entre 5.470
GHz e os 5.725 Ghz que é indicada para exteriores e é uma faixa isenta de pagamento). Fazemse os cálculos para o pior caso, ou seja, para os 5.725 Ghz.
A distância média entre as localidades da Freguesia de Maceira anda nos 2Km. Será este valor
o utilizado nos cálculos.
Em relação à potência máxima de radiação (EIRP - Equivalente Isotropically Radiated Power)
permitida em Portugal, esta é de 100 mW, ou seja 20 dBm.
Ter atenção as perdas dos cabos (0.145dB/metro (LMR-600)), usa-se cabos de 3 m, e as perdas
dos conectores (0.5 dB).
Perdas em espaço livre:
A el = 32.5 + 20log (5725) + 20log (2) = 113.676 dB
1º Caso
Considera-se os seguintes valores no transmissor e no receptor:
Ptx = 15dBm (valores típicos)
P rx = -85 dBm (fraco)
A tx = A rx = 3 dB (em média)
P rx = P tx - A tx + G tx – A el + G rx – A rx
Exemplo:
Considera-se uma antena de 8dBi de ganho no transmissor e receptor:
P rx = P tx - A tx + G tx – A el + G rx – A rx
P rx = 15 dBm – 3 dB + 8 dBi – 113.676 + 8 dBi – 3 dB
Prx = - 88.676 dBm
Ou seja, a sensibilidade é de – 88.676 dBm
Então, 85 - 88,676 = -3.676 dB
Conclui-se que a ligação não será possível uma vez que é inferior a 10dB.
46
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Exemplo 2:
Agora considera-se uma antena de 18dBi de ganho no transmissor e emissor:
P rx = P tx - A tx + G tx – A el + G rx – A rx
(Para garantir EIRP no máximo com 21 dBm, teremos que diminuir a P tx, passando de 15 dBm
para 1 dBm)
P rx = 1 dBm – 3 dB + 22 dBi – 113.676 + 22 dBi – 3 dB
Prx = - 74.676 dBm
Ou seja, a sensibilidade é de – 74.676 dBm
Então, 85 – 74.676 = 10,676 dB
Deste modo, verifica-se que é necessária uma antena de ganho superior para a ligações de
2km, embora tenha que se baixar a potência transmitida para cumprir as normas.
Nota: É evidente que não dispensa um site survey! Os resultados são teóricos e meramente
indicativos. Para ser mais exacto poderá ir-se ao local onde será colocado a estação, para
determinar o ganho da antena, no site survey.
7.5.
Interligação e cobertura da infra-estrutura da Freguesia
Depois de apresentados os equipamentos no ponto anterior, para o caso da Freguesia da
Maceira irão ser necessárias 12 antenas semi-direccionais (Nstreme2 da Mikrotik) para fazer a
ligação entre as localidades (na faixa dos 5.4 Ghz), e aqui serão precisos 14 APs em modo
bridge, pois necessitaremos de 2 por cada mastro. Para dar cobertura aos utilizadores de todas
as localidades usar-se-ão 7 antenas omnidireccionais (AP Multipoint da Mikrotik), ou seja 1 por
localidade (estas na faixa dos 2.4 GHz). Assim ficará numa primeira fase, pois não é sabido a
adesão inicial por parte dos utilizadores. Consoante o número destes, serão posteriormente
colocados mais APs.
Para a colocação das antenas irá ser necessário o uso de 7 mastros para a fixação destas. Em
cada mastro será colocado um protector contra relâmpagos (lighting arresters (LA)). Para
protecção dos APs exteriores, que darão cobertura às localidades será utilizada uma caixa de
estanque para cada um.
47
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.5.1 Orçamento
Neste ponto será apresentado um orçamento meramente indicativo. Através deste pretendese dar a conhecer a ordem de grandeza envolvidas nesta fase. Atenção que não inclui mão-deobra.
Equipamento
Preço Unitário
Quantidade
Preço Total/Equip.
Antena Semi-direccional
95 €
12
1140 €
Antena Omnidireccional
75 €
7
525 €
AP dual-band (em modo
150 €
19
2850 €
Mastro
20 € (3 m)
6+4
200 €
Protector contra relâmpagos
60 €
7
420 €
Caixa de estanque
10 €
19
190 €
Cabos (todos os necessários)
20 €
7
140€
bridge/root)
(lighting arresters (LA))
Orçamento
5436 €
Tabela 2 – Equipamento necessário para interligação e cobertura da Freguesia
Figura 34 – AP Multipoint
Figura 35 - Antena Nstreme 2
48
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
7.5.2 Diagrama de Cobertura
Seguidamente apresenta-se a simulação resultante do programa Radio Mobile para a
cobertura das localidades da Freguesia de Maceira
Figura 36 – Diagrama da Cobertura das antenas omnidireccionais
Através deste diagrama pode verificar-se que os APs dão cobertura a todas as localidades
pretendidas. Deste modo não será necessários recorrer a outra solução, pois esta enquadra-se
no resultado pretendido na primeira fase deste projecto.
7.5.3 Cenários das ligações
Neste ponto serão apresentados os cenários das ligações entre as localidades. Os valores da
distância, potência recebida, perdas de percurso, etc, encontram-se no topo de cada figura.
Estas imagens foram obtidas através da aplicação Radio Mobile.
Figura 37 – Link Maceira – Maceirinha
49
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 38 – Link Maceira – Maceira-Lis
Figura 39 – Link Maceira – A-de-Barbas
Figura 40 – Link Maceira – Vale-Salgueiro
Figura 41 – Link Maceira – Pocariça
50
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 42 – Link Pocariça – A-dos-Pretos
7.6 Hotspots
O Hotspot é um termo utilizado para definir um ponto de acesso público a uma rede WiFi.
Estes pontos estão disponíveis para qualquer utilizador que possua um computador portátil ou
um PDA que suporte a tecnologia Wireless. Tal como acontece com o fornecimento tradicional
de acesso à Internet, também existirá uma entidade responsável por gerir a forma como o
acesso se efectua. Existem, por isso, pontos de acesso, e consequentemente, fornecedores,
que possibilitam o acesso gratuito enquanto outros obrigam à existência de um contracto ou à
aquisição de pacotes de minutos pré-pagos. No caso da Freguesia em questão esta parte vai
ficar dependente do que o fornecedor (ex. cafés) pretenda fazer, embora logicamente sejam
para ser de acesso gratuito.
Figura 43 - Cenário de hotspot
8
Definições dos serviços
Tal como já abordado anteriormente, em relação aos serviços conclui-se que a melhor opção
seria a aquisição de um pacote o operador ficasse encarregue pela gestão e manutenção de
parte dos serviços disponibilizados (correio electrónico, servidores WEB, resolução de nomes,
entre outros).
Da parte da Junta, ficaria a tarefa de gerir os serviços de translação de endereços de rede e
portos (NAT/PAT), os mecanismos de autenticação e controlo de acesso, e ainda a atribuição
dinâmica de endereços IP aos clientes (DHCP).
51
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
8.5 Máquinas
As máquinas utilizadas para suporte dos serviços são:
•
Router de acesso ADSL;
•
Servidores dedicados, suportando, entre outros, os seguintes serviços:
o DHCP;
o HTTP;
o VPN;
o Firewall;
o Email;
o Gestão de tráfego (BCU).
8.6 Licenças
A nível de licenças optou-se pelo uso de SOs e aplicações open source ou freeware, pois esta
seria a opção com menos custos para a Junta.
8.7 Explicação em detalhe dos principais serviços a implementar
Nesta secção serão anunciados os serviços que deverão ser configurados nos servidores.
8.7.1 Bandwidth Control Unit (BCU)
Comparativamente com as redes de cabo, as redes wireless são um meio partilhado com um
throughput muito baixo, dai a necessidade de conservação e protecção da largura de banda
para deste modo garantir uma ligação fiável e consistente ao utilizador.
8.7.1.1 Funcionamento
O BCU será colocado entre o Router de acesso à Internet e os APs. Este vai fazer com que
exista uma filtragem aos endereços MAC dos utilizadores para deste modo garantir uma fila de
espera e assim controlar a largura de banda.
A figura abaixo apresenta-nos a interface de uma aplicação BCU:
52
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Figura 44 - BCU interface
8.7.2 Solução VPN
Hoje em dia esta solução já vem incorporada de fábrica nos equipamentos wireless (APs,
getaways, etc).
Esta é usada para garantir segurança a meios inseguros, tal como são os meios wireless.
Exemplo disso, é o uso desta para se ligarem filiais à sede de uma empresa por um canal
seguro (tipicamente a Internet).
8.7.2.1 Funcionamento
É criado um túnel seguro entre dois pontos e os dados que nele passam são encriptados, desta
forma fazendo com que o tráfego circulante no túnel não seja visível a terceiros. Para isto são
efectuados três passos:
•
•
Associação de um cliente a um AP;
Estabelecimento de uma ligação com o VPN-Server;
•
VPN-Server termina o túnel e reenvia os pacotes para o destino.
A VPN oferece três níveis de segurança, abaixo descritos:
•
Autenticação dos utilizadores: tal como o nome indica, garante o controlo de acesso à
rede. Apenas os utilizadores autorizados se podem aceder à rede, enviar e receber
dados sobre a rede wireless;
53
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
•
Cifragem: mesmo que as transmissões sejam interceptadas, é extremamente difícil
descodificar e compreender a informação. Existem vários mecanismos de cifragem,
uns são mais eficientes e outros são mais seguros;
•
Autenticação dos dados: é garantida, através de diversos mecanismos a integridade
dos dados na rede.
Figura 45 – AP com um servidor VPN externo
8.8 Gestão e manutenção
Inicialmente será necessário um técnico para configurar o servidor. Em caso de avarias e para
manutenção e monitorização da rede poderá haver necessidade de contar com outro técnico.
8.9 Solução de segurança
Como um dos ponto mais importantes deste projecto é o menor investimento possível, optouse pelo uso de um servidor RADIUS para autenticação, e o uso de VPN’s para passagem de
tráfego mais importante.
9
Projecto da componente passiva da rede interna
Neste ponto serão apresentados os componentes que constituem a componente passiva da
rede interna da Junta de Freguesia de Maceira.
9.5 Introdução
O projecto de cablagem estruturada vai condicionar o tempo de vida da rede, que deverá ser
de pelo menos quinze anos, dai a necessidade de ter em atenção todos os componentes que a
compõe, para deste modo garantir-se um bom funcionamento, desempenho e utilidade.
54
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
9.6 Enquadramento
Pretende-se projectar uma sala com acesso à Internet no edifício da Junta, e dotar a própria
Junta de Freguesia com capacidade de acesso à rede, ou seja, serão criadas duas redes
distintas: uma para a rede privada da instituição e uma outra de acesso livre, para a população
da freguesia.
9.7 Esquema de rede
Será necessário projectar uma rede com 15 pontos de acesso. Estes serão distribuídos por
duas salas: uma sala de acesso livre, para utilizadores que não possuam meios para usufruir
dos serviços em casa, e uma sala para os serviços administrativos.
Relativamente à caracterização dos espaços, a Junta de Freguesia apresenta uma área por piso
de 126 m2, existindo duas salas: uma sala de acesso livre, para utilizadores que não possuam
meios para usufruir dos serviços em casa, e uma sala para os serviços administrativos.
Na tabela seguinte apresentam-se os espaços, a sua designação, área, descrição de
equipamentos e o número de pontos de acesso.
Designação do
espaço
Área
Sala de acesso livre
(Junta de Freguesia)
50 m2
Serviços
Administrativos da
Junta de Freguesia
63 m2
Descrição de equipamentos
12 Computadores ligados em rede
e com ligação à internet
1 Impressora ligada em rede
3 Computadores ligados em rede e
com ligação à internet
1 Impressora ligada em rede
1 Telefone VoIP
Nº de pontos de
acesso
15 TO Duplas
5 TO Duplas
Tabela 3 – Espaços e as suas características
A seguinte figura é ilustrativa deste cenário:
Figura 46 – Cenário das salas de computadores da Junta
55
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Segundo a norma de ‘cablagem horizontal’, existem limites máximos que não podem ser
ultrapassados, tal como é mostrado na figura abaixo:
Figura 47 – Limites máximos da norma
A norma especifica que cada host deve ter um cabo exclusivo no bastidor. Ou seja, se a rede
tiver X máquinas, então são necessários pelo menos, X ligações no bastidor. Deste modo, é
necessário adquirir vários produtos, desde tomadas, cabos, patch-painel, e um bastidor.
Na figura apresentada em baixo está presente um esquema genérico de um possível bastidor.
Figura 48 – Bastidor
9.8 Arquitectura Lógica
Apresenta-se na seguinte figura o diagrama da arquitectura lógica da Freguesia:
Diagrama 1 – Arquitectura lógica da junta de freguesia
56
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
9.9 Solução técnica
Nesta secção é apresentado, de uma forma mais técnica, a solução encontrada para levar a
cabo os objectivos inicialmente previstos. Numa primeira fase, é apresentada a tecnologia
escolhida que mais se adequa aos requisitos, sendo de seguida apresentado as normas
cablagem pelos quais a equipa de implementação se deve reger.
9.9.1 Tecnologias Usadas
Tendo por base a necessidade de utilização da infra-estrutura, ficou definido que a solução
tecnológica que mais se adequa para este projecto, passa pela utilização de tecnologia
Ethernet e FastEthernet. Convém referir que as tecnologias aqui apresentadas são meramente
indicativas, não sendo obrigatório numa posterior fase de implementação, a escolha destas.
De uma forma mais concreta, para a sala de acesso livre – sala comum partilhada para acesso
da população à rede Internet, optou-se pela utilização da tecnologia Ethernet. Embora esta
apenas possua um débito de 10Mbits, é mais do que suficiente para os requisitos. No que se
refere à rede privada da instituição, optou-se por utilizar tecnologia FastEthernet, na variante
100-Base-TX comutada, visto que esta permite melhores débitos e melhores taxas de
transmissão. Embora à primeira vista possa parecer que esta solução está sub-dimensionada,
atendendo à relação custo/benefício, conclui-se que a solução encontrada é a mais adequada
– garantia de escalabilidade.
9.9.2 Normas e Padrões
A cablagem deverá ser totalmente estruturada, em conformidade com as normas EIA/TIA
(Versão Actual), EIA/TIA SP-2840 e EIA/TIA 569, para categoria 5e. Deverão ser usados, na
cablagem horizontal, cabos de par entrançado não blindado (UTP) com 4 pares. Assim, para a
especificação deste projecto foram aplicadas as seguintes normas (sistema de cablagem
estruturada):
•
EIA/TIA Commercial Building Telecommunications Cabling Standart Versão Actual
•
EIA/TIA SP-2840 – Revisão da mesma anterior
•
EIA/TIA 568A
• TSB-56/TSB-40 - Boletins Técnicos complementares
•
SP-2846
•
EIA/TIA-526-14 – FSTP-14
•
EIA/TIA 569 Commercial Building Telecommunications Pathway and Spaces
• IEC/ISO 11801 para categoria 5e
57
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
9.10 Componentes da infra-estrutura lógica
Depois de analisados os requisitos, estudadas as tecnologias, é necessário partir para a escolha
dos equipamentos a usar. Desta forma, nesta secção é apresentado em concreto os recursos
necessários, bem como os custos unitários e o custo total de implementação de toda a infraestrutura de rede.
Equipamento
Preço Unitário
Quantidade
Preço Total/Equip.
Cabo de rede UTP, Cat. 5e,
70 €
1
70 €
1.5 €
15
22.5 €
Conectores Macho
17.5 €
1
17.5 €
RJ-45, Cat5e
(100 unidades)
Protector para Ficha
17 €
1
17 €
RJ45 (capote)
(100 unidades)
Passa-fios (com Argolas IU)
22 €
2
44 €
Passa-fios 19’’ com escova IU
30 €
2
60 €
Régua de alimentação 19’’ (6
50 €
1
50 €
40 €
1
40 €
15 €
3
45 €
Bastidor 19’’, 20 U
225 €
1
225 €
Prateleira perfurada 19’’
25 €
1
25 €
Unidade de ventilação 19’’
155 €
1
155 €
Tomadas Duplas para
5€
20
100 €
Conectores ISO8877 fêmeas
0.75 €
15
11.25 €
Calha 15x3cm com 2m
15 €
10
150 €
Etiquetas para identificar
20 €
1
20 €
bobine de 305m
Cordões de patching
(UTP, Cat 5e)
tomadas e disjuntor)
Painel para bastidor 19’’ com
24 portas RJ45,UTP,CAT.5
Painel de cobertura com IU
para bastidor de 19’’
conectores ISO8877
cabos e tomadas
Orçamento
1,052.25 €
Tabela 4 – Componentes da infra-estrutura lógico
58
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Nota: O orçamento indicado na tabela anterior é meramente indicativo. Pretende apenas dar a
conhecer a ordem de grandeza dos valores associados a este projecto. Mão-de-obra não
incluída.
9.11 Especificação de condições de montagem, testes e certificações
Nesta secção é apresentado em detalhe as linhas orientadoras a seguir para a implementação
da infra-estrutura. Mais concretamente, numa primeira fase é especificado os condicionantes
de montagem, sendo numa segunda apresentada os requisitos necessários para a certificação
da rede. Dado que, e essencial após a instalação de todo o sistema testar toda a estrutura
implementada e verificar através de testes, a conformidade com a especificação.
9.11.1 Especificação de condições de montagem
A instalação dos cabos no bastidor requer um cuidado especial, devendo-se seguir as normas.
Deste modo, quando ocorrer um erro, o primeiro sitio a verificar será sempre o distribuidor,
por isso, é extremamente necessária a coerência da instalação do mesmo. Deste modo, devem
ser seguidas as regras seguintes:
•
O entalhe de fixação das tomadas RJ 45 nos painéis deverá ficar colocado na parte
inferior da tomada
•
Os caminhos de cabos a instalar deverão todos terminar onde ficará localizado o
bastidor respectivo
•
Os cabos UTP deverão ser instalados em suportes apropriados ao longo dos corredores
até terminarem nas fichas respectivas RJ 45 de acordo com os seguintes princípios:
o Há medida que vão sendo instalados os cabos deverão ser identificados nas 2
extremidades, com o identificação do respectivo distribuidor e número de
tomada
o O entalhe de fixação do tomada RJ 45 fêmea deverá ficar colocado na parte de
baixo, tal como acontece com os conectores do painel
o Os cabos não deverão ter qualquer tipo de interrupção, emenda ou derivação
e vão ligar aos painéis de tomadas existentes no distribuidor respectivo
•
Devera-se efectuar, sempre que possível a separação dos cabos UTP em relação a
cabos de energia eléctrica;
•
Os cabos deverão ser amarrados correctamente com velcro ou braçadeiras em
intervalos regulares, o aperto deverá ser suave para não danificar qualquer cabo, com
59
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
isso diminui-se o esforço de tracção que terá de ser inferior a 50 newton por mm
quadrado.
•
Deve ser respeitado um raio mínimo de curvatura, isto é, a passagem dos cabos deve
ser feita com imenso cuidado, de modo a serem evitadas as dobras que poderão
causar a degradação das propriedades eléctricas do cabo. O raio mínimo não deverá
ser mais do que oito vezes o diâmetro exterior do cabo, tal como especificado na
norma ISO/IEC 11801.
•
A ligação dos cabos UTP às tomadas e aos painéis de ligação deve ser efectuada
segundo a norma ANSI TIA/EIA 258A na definição dos pares.
• Nas situações onde não existe calha, deverá ser usado um tubo VD apropriado e caixas
PVC para aplicação de tomadas.
9.11.2 Especificações das condições de teste e certificação
É essencial após a instalação de todo o sistema de cablagem estruturada, testar toda a
estrutura implementada. O sistema só ficará correctamente certificado através de um teste
exaustivo com resultados 100% positivos na cablagem horizontal. Estes testes serão
efectuados por equipamentos adequados e devem obedecer a parâmetros bastante restritos.
A tabela seguinte resume os parâmetros mais importantes para as categorias de cabo S/UTP e
UTP utilizadas (os valores apresentados são os máximos possíveis de frequência:
A tabela apresentada de seguida, esquematiza os parâmetros máximos dos conectores RJ 45.
60
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Não se deve ignorar porém uma visualização de toda a cablagem e equipamento, podendo
com ela, detectar qualquer tipo de anomalia que nada tenha a ver com as características
eléctricas (UTP e S/UTP) dos componentes instalados.
61
Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
10 Conclusões
Este projecto teve como finalidade dotar os habitantes da Freguesia de Maceira com um
serviço de Internet gratuito.
Inicialmente fez-se uma pesquisa de quais os requisitos da rede, e avançou-se para o melhor
conhecimento da Freguesia, em termos de população e potenciais utilizadores, isto para se ter
uma noção do melhor local para colocação das antenas, de quais os serviços e servidores
necessários e o nível de segurança pretendido.
Após concluída a fase de definição de requisitos passou-se para a solução técnica onde se
definirão um conjunto de critérios a adoptar para o desenvolvimento da rede.
Apresentaram-se as possíveis tecnologias de acesso à rede, e definiu-se a solução escolhida
que foi a ADSL com tráfego ilimitado e com uma taxa de contenção de 1:20 a 8 Mbps.
De seguida definiu-se a solução técnica para o ponto central da rede, onde se optou por
colocar um router ADSL, servidores, um switch, um getaway VoIp entre outros equipamentos.
Posteriormente passou-se para a fase de interligação das localidades, onde se introduziu o
significado de AP e quais os seus modos de funcionamento e foi realizada uma breve descrição
acerca do equipamento necessário para se efectuar a ligação. Foram apresentados uns
diagramas de cobertura e umas imagens com os links entre as localidades.
Realizou-se uma apresentação dos serviços disponibilizados e foram anunciadas soluções de
modo a garantir fiabilidade, performance e segurança da infra-estrutura.
Com vista a garantir uma futura implementação, foi também apresentado o projecto da
componente passiva da rede interna da Junta de Freguesia que se situará no edifício da
mesma.
Para finalizar, temos que referir que a realização deste trabalho deu-nos imenso prazer, pois
enquadra-se num tema muito importante do nosso curso. Existiu uma grande motivação entre
nós, e tentámos fazer o melhor possível.
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Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira
Referências
[1] Edmundo Monteiro e Fernando Boavida, “Engenharia de Redes Informáticas”, FCA Editora,
2000;
[2] www.mikrotik.com;
[3] Projecto de Memória;
[4] Projecto de batalha e Porto-de-Mós;
[5] http://www.juliobattisti.com.br;
[6] http://www.allproducts.com;
[7] www.leiritronica.pt;
[8] www.cisco.com.
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Planeamento de uma rede de comunicações para Freguesia de Maceira