Computação Móvel
Uso de redes de computadores
 Usuários Móveis (Tanenbaum, 1.1.3)
 Hardware de rede (Tanenbaum 1.2)
 Redes sem Fio (1.2.4)
 Redes Domésticas (1.2.5)
Exemplos de redes
 LANs sem Fio 802.11
 Estação-Base
 Ad Hoc
Transmissão sem Fio
O Espectro Eletromagnético.
Transmissão de rádio.
Transmissão por microondas.
Ondas de infravermelho e
milimétricas.
 Transmissão por onda de luz.




O Loop Local (2.5.3)
 Modems
 ADSL
 Loops Locais sem Fio
(redes sem fio fixas)
O Sistema de Telefonia Móvel
 Primeira geração: voz analógica
- AMPS
 Segunda Geração: voz digital
- D-AMPS
- GSM
- CDMA
 Terceira geração: voz e dados digitais
Bluetooth (4.6)
Arquitetura do Bluetooth.
Aplicações do Bluetooth.
A pilha de protocolos Bluetooth.
A camada de rádio do Bluetooth.
A camada de banda-base do
Bluetooth.
 A camada L2CAP do Bluetooth
 A estrutura do quadro Bluetooth.





LANs Virtuais (4.7.6)
 VLAN define uma topologia lógica de
LANs separada da topologia física.
 VLANs para interconexão de LANs
 IEEE 802.1Q Ethernet e VLAN
Redes sem Fio de Banda Larga
 Comparação entre 802.11 e 802.16
(4.5.1)
 A pilha de protocolos 802.16
(4.5.2)
 A camada física 802.16
(4.5.3)
 O protocolo da sub camada MAC 802.16
(4.5.4)
 A estrutura de quadro 802.16 (4.5.5)
LANs sem Fio (Tanenbaum 4.4)
 A pilha de protocolos 802.11 (4.4.1)
 A camada física 802.11 (4.4.2)
 O protocolo da subcamada MAC
802.11 (4.4.3)
 A estrutura de quadro 802.11 (4.4.4)
 Serviços no padrão 802.11 (4.4.5)
A Pilha de Protocolos 802.11
Camadas Superiores
Subcamada LLC
Camada
de Enlace
Subcamada MAC
IEEE 802
Infravermelho
IEE
802.11
FHSS
802.11
DSSS
802.11a
OFDM
802.11b
HR-DSSS
802.11g
OFDM
Camada
Física
Camada Física IEEE 802.11
 1997: Infravermelho, DSSS, FHSS
banda estreita ISM de 2.4 GHz
1Mbps ou 2 Mbps.
 1999: OFDM, HR-DSSS
(alta velocidade e maior largura de
banda), 54Mbps e 11Mbps,
respectivamente.
LANs sem fio de alta velocidade
 IEEE 802.11a OFDM (primeira OFDM, 1999)
banda estreita ISM de 5 GHz, até 54Mbps.
 IEEE 802.11b HR-DSSS
banda estreita ISM de 2.4 GHz, até
11Mbps. Alcance sete vezes maior que no 802.11a
 IEEE 802.11g OFDM (2001, segunda OFDM, mas com
banda de frequência diferente da primeira OFDM),
banda estreita ISM de 2.4 GHz, até 54 Mbps.
Métodos de Alocação de Canais
 Métodos e sistemas de alocação de canais
para um canal comum
FDM
WDM
TDM
MACA / MACAW
FHSS
DSSS
CSMA/CA (IEEE 802.11 combina CSMA com
MACAW)
 OFDM (alta velocidade)
 HR-DSSS (alta velocidade)







Camada Física 802.11
 Cada uma das técnicas de
transmissão permitidas torna possível
enviar um quadro MAC de uma
estação a outra.
 Essas técnicas diferem na tecnologia
e na velocidade que podem ser
alcançadas.
Subcamada MAC de Acesso ao Meio
 Protocolos de LANs sem Fio (4.2.6)
- MACA.
- MACAW (MACA for Wireless).
- CSMA/CA baseado em MACAW.
 O Padrão IEEE 802.2 (LLC) (4.3.9)
Problema da Estação Oculta
 Nem todas as estações estão dentro
do alcance do sinal de rádio umas das
outras.
 Transmissões realizadas em uma
parte de uma célula podem não ser
recebidas em outras estações na
mesma célula.
Estação Oculta
Estação Oculta
 Sejam três estações: A, B e C.
 B está na área de cobertura de alcance do
sinal de C.
 A está fora do alcance de sinal de C.
 Seja C estar transmitindo para B.
 Se A quer transmitir para B, A escuta o
canal. Mas, como B está ocupada, A não
ouvirá nada e concluirá erradamente que
pode transmitir para B.
Estação Exposta
Estação exposta
 É o inverso da estação oculta.
 Considere que B quer transmitir para
C, e portanto escuta o canal.
 Quando B ouve uma transmissão, B
conclui erradamente que não pode
transmitir para C.
 Embora, A, talvez esteja transmitindo
para uma estação D (não mostrada).
CSMA/CD
 Com a Ethernet uma estação só precisa
esperar até o meio ficar inativo e começar a
transmitir.
 Se não receber de volta uma rajada de
ruído dentro do tempo dos primeiros 64
bytes transmitidos, é quase certo que o
quadro irá sr entregue corretamente.
 No caso das LANs sem fio, essa
situação não ocorre.
Sinais de Rádio
 A maioria dos sinais de rádio é halfduplex, significando que estações
não podem transmitir e ao mesmo
tempo ouvir rajadas de ruído, em
uma única (na mesma)
frequência.
MAC 802.11
 Para lidar com esses problemas, o 802.11,
opera na sub-camada MAC, com dois
modos de operação:
 DCF (Distributed Coordination Function), que
não usa nenhum controle central (obrigatório).
 PCF (Point Coordination Function), que utiliza
uma estação-base para controlar todas as
atividades em uma célula (opcional).
Com o DCF ...
 802.11 utiliza o método de acesso na subcamada MAC, chamado CSMA/CA (CSAMA
with Collision Avoidance – CSMA com
Abstenção de Colisão)
 CSMA/CA admite dois modos de operação:
 Convencional, com a detecção do canal físico.
 Baseado em MACAW e empregando a
detecção de canal virtual.
CSMA/CA convencional
 Quando uma estação quer transmitir,
ela escuta o canal.
 Se ele estiver ocioso, a estação
começará a transmitir.
 Ela não escuta o canal enquanto
estiver transmitindo, mas emite seu
quadro inteiro, que pode ser
destruído no receptor devido à
interferência.
CSMA/CA convencional
 Se o canal estiver ocupado, a transmissão
será adiada até o canal ficar inativo, e
então a estação começará a transmitir.
 Se ocorrer uma colisão, as estações que
colidirem terão que esperar um tempo
aleatório, usando o algoritmo de recuo
binário exponencial das redes Ethernet, e
então tentarão novamente mais tarde.
CSMA/CA baseado em MACAW
Estrutura do Quadro 802.11
bytes
2
2
Controle
de
Quadro
bytes
6
6
Duração
Endereço 1
Endereço 2
6
2
versão
tipo
4
subtipo
1
Seq
4
Total de
Verificação
Dados
2
2
Endereço 3
0-2312
Endereço 4
bits
6
1
1
1
1
1
T
o
R
F
MF e
r
p
P
o
t
M
a
i
s
1
1
Controle de
W
O
Quadro
Serviços 802.11
A Camada de Rede
Roteamento por difusão (5.2.7)
Roteamento por multidifusão (5.2.8)
Roteamento por hosts móveis (5.2.9)
Roteamento em redes ad hoc
(5.2.10)
 IP Móvel (Internet) (5.6.7)
 IP Móvel no IPV6 (...)




Espectro de Dispersão
 Spread Spectrum
 Quando se movem, no espaço livre
(atmosfera terrestre ou mesmo no vácuo),
os elétrons criam ondas eletromagnéticas
que se propagam nesse espaço com suas
frequências (número de oscilações por
segundo) e que constituem o meio de
transmissão dado pela natureza,
compartilhado por transmissores e
receptores.
Espectro Eletromagnético
 O conjunto infinito de frequências que
podem existir no espaço é delimitado e
ordenado, para conter as frequências que
podem ser utilizadas em telecomunicações.
 A delimitação, a ordenação e a aplicação de
certas faixas de frequências a determinadas
formas de comunicação, define o que se
chama de Espectro Eletromagnético e a
maneira como ele é usado em
comunicações.
Espectro de Dispersão
 É o espectro de frequências utilizado em
determinadas técnicas de transmissão,
onde cada estação transmite sobre o todo
o espectro, durante todo tempo.
 FHSS (Espectro de Dispersão por Salto
de Frequência)
 DSSS (Espectro de Dispersão por
Sequência Direta)
Redes sem Fio de Banda Larga
 Empresas de telefonia têm permissão para
oferecer serviços locais de voz e Internet
de alta velocidade.
 Há uma grande demanda por estes
serviços.
 Problema: estender par trançado categoria
5 ou cabos coaxial ou de fibra até milhares
de residências é algo dispendioso.
Redes sem Fio de Banda Larga
 O que fazer ?
Rede sem Fio de Banda Larga.
 Como fazer ?
Uma grande antena e antenas nos
clientes é mais fácil e econômico.
Redes sem Fio de Banda Larga
 Empresas de telecomunicações:
Fornecer um serviço de comunicação
sem fio de vários megabits para voz,
Internet e filmes por demanda.
 LMDS foi feito para este fim.
Redes sem Fio de Banda Larga
 Mas, cada concessionária elaborava seu
próprio sistema ...
 Faltava padrões ...
 Impossibilidade de produzir hardware e
software em massa.
 Preços elevados e aceitação baixa.
Redes sem Fio de Banda Larga
 Um padrão de banda larga sem fio
era o elemento-chave que estava
faltando.
 IEEE formou um comitê da indústria e
acadêmico para elaborar um padrão.
 IEEE 802.16 (julho de 1999)
Redes sem Fio de Banda Larga
 Padrão IEEE 802.16 final: abril de
2002.
 “Air Interface for Fixed Broadband
Wireless Access Systems”
(Interface Aérea para Sistemas Fixos
de Acesso sem Fio de Banda Larga)
Redes sem Fio de Banda Larga
 MAN (Metropolitan Area Network)
sem Fio ou Loop Local sem Fio.
 Redes sem Fio de Banda Larga:
(Bolcskey et al., 2001)
(Webb, 2001)
 IEEE 802.16 (Eklund et al., 2002)
Comparando 802.11 com 802.16
 802.11 e 802.16 resolvem problemas
diferentes.
 802.16 fornece serviço para edifícios e
edifícios não são móveis. Não migram de
uma célula para outra.
 802.11 lida com mobilidade, enquanto
802.16, não.
 Edifícios podem ter muitos computadores. A
estação final no 802.11 é um notebook.
 Para edifícios, sinal de rádio melhor é
essencial.
 Assim, 802.16 deve usar comunicação fullduplex, algo que o 802.11 evita para
manter baixo o custo do sinal de rádio
(baixo, o custo dos rádios).
 802.16 se estende sobre parte de uma
cidade. Assim, as distâncias envolvidas
podem ser de quilômetros, o que significa
que a potência percebida numa estaçãobase pode variar de estação para estação.
 Essa variação afeta a relação
sinal/ruído, que, por sua vez define
vários esquemas de modulação.
 A comunicação aberta sobre uma
cidade significa que a segurança e a
privacidade são essenciais e
obrigatórias.
 Cada célula 802.16 deve ter muito
mais usuários que uma célula típica
802.11.
 Espera-se que usuários 802.16
utilizem maior largura de banda que
um usuário típico 802.11.
 Com o 802.16 é necessário mais espectro
do que a banda ISM no 802.11.
 802.16 opera na faixa de frequências de 10
a 66 GHz.
 802.16 funciona através de ondas
milimétricas.
 Ondas milimétricas têm propriedades físicas
diferentes das ondas de rádio, mais longas
das bandas ISM.
 O 802.11 é omnidirecional.
 As ondas milimétricas do 802.16
podem ser concentradas em feixes
direcionais.
 Ondas milimétricas são absorvidas
pela intempérie (chuva, neve,
granizo, nevoeiro, ... ).
 QoS no 802.16: o padrão foi projetado para
para Internet, telefonia, televisão e uso
pesado de multimídia.
 O 802.11 foi projetado para ser equivalente
à Ethernet móvel.
 O 802.16 pode ser usado para
dispositivos móveis ?
Largura de Banda
Taxa de Bauds
Taxa de Bits
 É a quantidade de informação
enviada por um canal, no intervalo de
tempo de 1 segundo.
 É medida em bits/s (bps).
 É igual ao número de bits/amostra
multiplicado pelo número de
amostras/segundo.
 É igual ao número de bits/amostra
multiplicado pela taxa de bauds.
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
 Modulação por deslocamento de fase de
quadratura.
 Várias amplitudes e vários
deslocamentos de frequência são
combinados para transmitir diversos
bits/símbolo.
 Essa combinação de técnicas de modulação
permite transmitir vários bits por baud.
 Cada fragmento de informação
transmitido (um símbolo)
corresponde a uma amostra.
 O número de amostras por
segundo define a taxa de bauds.
 1 baud é definido em função do
número de bits numa amostra.
Modem V.90 – 56 Kbps








56 Kbps = 56000 bps
Teorema de Nyquist (1924)
Taxa máxima de bits por segundo =
2H.log2 V bits , onde H é largura de banda em Hz e V é o
número de níveis discretos (0 e 1).
2 . 4000 . log2 2 = 8000 . 1 = 8000 amostras/s
Ou 8000 bauds (taxa de bauds).
Nos USA, cada amostra tem 8 bits, mas 7 bits 1 bit é usado
para controle e os 7 restantes para o usuário. Então, temos
56000 bits/s ou 56 Kbps.
Na Europa, cada amostra tem 8 bits e todos os 8 bits estão
disponíveis para o usuário. Então, temos 64000 bits/s ou 64
Kbps.
No acordo internacional sobre um padrão de modem, foi
escolhido o valor de 56000 bps.
Amplitude e Fase
 Amplitude = distância do ponto à
origem. Se as distâncias dos pontos à
origem são iguais, diz-se que a
amplitude é constante.
 Fase de um ponto = ângulo que uma
linha dele até a origem forma com o
eixo x positivo.
QPSK
 Figura (a)
QAM-16
 Figura (b)
QAM-64
 Figura (c)
QAM-16
 QAM-16 (Quadrature Amplitude
Modulation)
 Uma estrutura de modulação, na qual são
usadas quatro amplitudes e quatro
fases, dando um total de 16 combinações
diferentes.
 Esquema de modulação que pode ser usado
para transmitir 4 bits por símbolo/baud.
QAM-64
 QAM-64 (Quadrature Amplitude
Modulation)
 Uma estrutura de modulação, na qual são
usadas 16 amplitudes e 4 fases, dando
um total de 64 combinações diferentes.
 Esquema de modulação que pode ser usado
para transmitir 6 bits por símbolo/baud.
Segurança em Redes sem Fio
Tanenbaum (8.6.4)
Segurança de Redes 802.11
Segurança do Bluetooth
Segurança do WAP 2.0
Segurança no IEEE 802.11i