UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIENCIAS TÉCNOLOGICAS
ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
MARLON RAFAEL COSTA
AVALIAÇÂO DA IMPLANTAÇÂO DE HANDOFF EM REDES WI-FI
BLUMENAU – SC
2014
MARLON RAFAEL COSTA
AVALIAÇÂO DA IMPLANTAÇÂO DE HANDOFF EM REDES WI-FI
Trabalho de conclusão de curso apresentado
para avaliação no curso de Engenharia de
Telecomunicações,
Departamento
de
Engenharia Elétrica e Telecomunicações,
Centro de Ciências Tecnológicas da
Universidade Regional de Blumenau, como
requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro de Telecomunicações.
Professor Francisco Adell Péricas, Ms –
Orientador.
BLUEMENAU – SC
2014
MARLON RAFAEL COSTA
AVALIAÇÂO DA IMPLANTAÇÂO DE HANDOFF EM REDES WI-FI
Trabalho
de
Conclusão
de
Curso
apresentado, como exigência parcial para
obtenção de título de Graduação do curso de
engenharia de telecomunicações do centro de
ciências tecnológicas, da Universidade
Regional de Blumenau, pela banca
examinadora formada por:
Aprovado em: 11 / 08 / 2014
AGRADECIMENTOS
Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos que direta ou indiretamente me apoiaram
desde do início desta jornada acadêmica e a minha esposa que me apoia neste momento
final do curso de graduação.
E também a empresa Cia Hering, na qual exerço minha atividade profissional e aonde
foi possível realizar as pesquisas para esta trabalho.
RESUMO
Este estudo apresenta uma análise de um processo muito comum nas redes sem fio no
wireless, mas comumente não muito notado: o handoff. A proposta deste estudo
consiste na análise deste processo, desde sua forma mais simples até a mais elaborada,
permitindo desta maneira o entendimento sob a sua forma de operação e funcionamento.
Desta feita, será possível identificar possibilidade de melhorar a conectividade de
dispositivos móveis conectados a uma rede sem fio.
Palavras-chave: Handoff. Wi-Fi. Wireless. IEEE 802.11. Roaming.
ABSTRACT
This study shows an analysis of a very common process in wireless networks, but
not very commonly noticed: the handoff. The purpose of this study is to analyze this
process the handoff from simplest to the most elaborate way, thus, it will allow the
complement understanding of its style of operation and functioning.
Then, it will be possible to identify the potential to improve the connectivity of
mobile devices connected to a wireless network.
Keywords: Handoff. Wireless Wi-Fi. IEEE 802.11. Roaming.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Propagação da Onda Eletromagnética ......................................................................... 12
Figura 2: Logo Wi-Fi Aliance. ....................................................................................................... 12
Figura 3: Exemplo de ESS ............................................................................................................ 17
Figura 4 - Ilustração dos cenários para análises. ......................................................................... 19
Figura 5 - Captura dos Beacons das redes sendo propagadas. ................................................... 20
Figura 6 - Probe Response........................................................................................................... 20
Figura 7 - Solicitação de endereço DHCP .................................................................................... 22
Figura 8 - DHCP respondendo a solicitação para o dispositivo móvel. ....................................... 23
Figura 9 - Processo de Handoff – Graficamente. ........................................................................ 26
Figura 10 - Pacotes IAPP sendo trocados entre as antenas. ....................................................... 27
Figura 11 - Identificando o Pacote IAPP. ..................................................................................... 28
Figura 12 - Dados transportados no pacote IAPP. ...................................................................... 28
Figura 13 - AP´s sem supervisão de controladora. ...................................................................... 30
Figura 14 - AP´s ligados a uma controladora de gerencia. .......................................................... 30
Figura 15 - Ap´s ligados a uma controladora de virtualização de rede Wireless. ....................... 31
LISTA DE ABREVIATURAS
IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers
ANATEL – Agência Nacional de Telecomunicações
BSA - Basic Service Area
BSS - Basic Service Set
ESS – Extend Service Set
AP – Access Point
DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol
GSM – Sistema Global de Celular
MAC – Media Access Control
PDA – Personal digital Assitant
GHz - Giga Hertz
LAN – Local Area Network
VOIP – Voice over Internet Protocol
OEM – Onda Eletromagnética
Wi-Fi – Wireless Fidelity
WECA – Wireless Ethernet Compatibility Alliance
MIMO – Multiple-Input, Multiple-Output
MU-MIMO – Mult-User MIMO
SSID – Set Service Identifier
WEP – Wired Equivalent Privacy
IAPP – Inter-Access Point Protocol
RSSI – Received Signal Strenght Inicator
dB – Decibel
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 10
2.
COMO FUNCIONA UMA TRANSMISSÃO SEM FIO OU WIRELESS. ....................... 11
2.1
O QUE É WI-FI?............................................................................................................. 12
2.2
INICIO DA PADRONIZAÇÃO IEEE 802.11................................................................ 13
2.2.1
802.11 (ORIGINAL) ............................................................................................... 13
2.2.2
802.11b .................................................................................................................... 14
2.2.3
802.11a .................................................................................................................... 14
2.2.4
802.11g .................................................................................................................... 14
2.2.5
802.11n .................................................................................................................... 14
2.2.6
802.11ac .................................................................................................................. 15
2.3
O QUE É ROAMING E HANDOFF? ............................................................................ 15
2.3.1
ROAMING .............................................................................................................. 16
2.3.2
HANDOFF .............................................................................................................. 16
2.4
POR QUE É NECESSÁRIO O HANDOFF? ................................................................. 16
2.5
ANALISANDO O HANDOFF. ...................................................................................... 18
2.5.1
ESCUTANDO A REDE ......................................................................................... 19
2.5.2 CONECTANDO –SE À REDE .................................................................................... 21
2.5.3 EXECUTANDO O HANDOFF .................................................................................... 23
2.5.4
FASES PARA ACONTECER O HANDOFF ......................................................... 24
2.6
ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS PARA REDUZIR O PROCESSO DE
HANDOFF .................................................................................................................................. 29
3
CONCLUSÃO .................................................................................................................... 32
BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................... 33
10
1. INTRODUÇÃO
Entre tantas tecnologias de conectividade de rede, a rede sem fio vem
crescendo cada vez mais. Com a popularização de notebooks, PDAs e outros
dispositivos portáteis, a rede wireless se torna essencial para conexão a uma rede, sendo
ela local ou até mesmo a internet.
Assim, com a diversidade de redes sendo propagadas, surgem os problemas,
que alguns projetos não conseguem resolver satisfatoriamente. Um destes problemas é o
Handoff dos dispositivos móveis, sendo este facilmente identificado e percebido em
grandes redes.
Este trabalho de conclusão de curso se propõe a analisar a teoria do
funcionamento do Handoff, sugerindo melhorias para minimizar a questão.
11
2. COMO FUNCIONA UMA TRANSMISSÃO SEM FIO OU
WIRELESS.
Uma rede wireless ou na sua tradução livre “rede sem fio” é uma rede de dados
onde as conexões entre os dispositivos móveis e as antenas ou dispositivos de
propagação de sinal acontecem sem contato nenhum, ou seja, via o ar ou vácuo.
O fenômeno físico que faz tornar esta comunicação possível é a OEM (Onda
Eletromagnética), que é formada com o trabalho conjunto de outros dois fenômenos: o
Campo Magnético e a Corrente Elétrica Alternada.
A teoria básica da corrente alternada estabelece que quando um meio condutor
recebe uma corrente elétrica, em volta do mesmo é criado um campo magnético. E se
um condutor fechado for colocado dentro de um campo magnético, a variação do fluxo
magnético induzirá no condutor uma corrente elétrica, que automaticamente induzirá
uma tensão no condutor.
Na realidade a tensão é induzida mesmo que não se tenha um condutor no
campo, sendo assim a tensão induzida no espaço na realidade é um Campo Elétrico.
Desta forma o campo magnético cria no espaço um campo elétrico variável. Este campo
elétrico por sua vez produz uma corrente de deslocamento que gera um campo
magnético, o qual em sua volta cria um campo elétrico e assim por diante. Este processo
tem o nome de indução eletromagnética, e, portanto a combinação dos campos é
denominada de campo eletromagnético.
Em um campo de irradiação eletromagnética, as linhas do campo elétrico se
fecham sobre si mesmas, não estando unidas as cargas elétricas; e as linhas do campo
magnético não estão relacionadas à corrente em um condutor. Os campos são
verdadeiramente independentes, como se houvessem sido liberados no espaço. Há,
portanto, uma ideia de movimento no processo, sendo esta propagação denominada
onda eletromagnética.
A figura 1 ilustra a propagação de uma onda eletromagnética.
12
Figura 1: Propagação da Onda Eletromagnética
Fonte: crv.educacao.mg.gov.br
2.1 O QUE É WI-FI?
O termo Wi-Fi é uma marca registrada da Wi-Fi Alliance. Hoje é o termo mais
usado no mundo para se referir ao real nome do padrão da tecnologia de rede sem fios, a
norma IEEE 802.11.
Wi-Fi é a abreviação de “wireless fidelity” ou “fidelidade sem fio”. Este termo
teve origem baseado nos aparelhos de som que a partir dos anos de 1950 eram
fabricados expondo o termo “Hi-Fi”, que demonstrava que a tecnologia de som do
aparelho era superior a outros.
Figura 2: Logo Wi-Fi Aliance.
Fonte: www.wi-fi.org
Para uso pessoal, esta modalidade não necessita de licenciamento da ANATEL.
Para distribuição de sinal mesmo que para um vizinho residencial, pode já ser
13
caracterizado pela ANATEL como uma forma comercial e neste caso é necessário o
licenciamento.
2.2 INICIO DA PADRONIZAÇÃO IEEE 802.11
Devido a diversos padrões de fabricantes, logo a IEEE especificou o padrão, e,
para dar força na divulgação da padronização do Wi-Fi, nasceu em 1999 a WECA
(Wireless Ethernet Compatibility Alliance), que seria a junção de empresas como Nokia,
3Com, a atualmente Alcatel-Lucent e Symbol Technologies (adquirida pela Motorola),
que em 2003 passou a se chamar Wi-Fi Alliance. Atualmente a Wi-Fi Alliance possui
mais de 300 empresas associadas. É ela que faz com que uma nova empresa com uma
nova marca e linha de produtos seja homologada no padrão IEEE 802.11 nos seus
equipamentos. Isso significa que nem todo produto que disponibilize o IEEE 802.11
seja Wi-Fi, ele precisa ser avaliado pela Wi-Fi Alliance para garantir que a
interoperabilidade ocorra sem problemas.
O padrão IEEE 802.11 não é muito diferente do IEEE 802.3, que é o padrão
das redes com fio, a ethernet. A principal diferença é o meio físico de transmissão. Uma
grande vantagem é que não foi necessária nenhuma criação de um novo protocolo para
que esta comunicação ocorresse.
O Wi-Fi trabalha com quatorze canais nas frequências de 2,4GHz a 2,484GHz
e na frequência de 5,180Ghz a 5,805GHz, a quantidade de canais é variado nos
continentes. E mais especificamente em alguns países, devido a cada um ter sua
restrição para estas frequências.
2.2.1
802.11 (ORIGINAL)
A primeira versão foi lançada em 1997, hoje conhecida como 802.11 Legacy.
Sua taxa de transmissão é de 1 Mbps ou 2 Mbps. [10]
14
2.2.2
802.11b
Em 1999, foi lançado a versão 802.11b, que utiliza os mesmos canais de
transmissão do 802.11 Legacy. A velocidade nominal pode ser de 1 Mbps, 2 Mbps, 5,5
Mbps e 11 Mbps. A área de cobertura pode chegar a 300 metros em lugares abertos e a
50 metros em lugares fechados. Este padrão foi o primeiro a ser adotado em larga
escala, popularizando o Wi-Fi. [10]
2.2.3
802.11a
Foi disponibilizado praticamente na mesma época do 802.11b. Sua principal
característica é trabalhar em faixas maiores de velocidades, de 6 Mbps a 54 Mbps.
Possui uma frequência diferente, a de 5GHz.
Existe uma vantagem e uma desvantagem. Por ser uma frequência muito pouco
usada é mais imune a interferências, mas as maiorias dos países não possuem
regulamentação para operar nela, assim não ficou muito popular. [10]
2.2.4
802.11g
Disponibilizado em 2003, é tido como o sucesso do 802.11b, isso por que os
dois padrões conversam tranquilamente entre si, com uma limitação: se o dispositivo
móvel for apenas 802.11b a velocidade fica limitada a deste padrão, mesmo que o AP
(Access Point) tenha possibilidade de transmitir em 802.11g.
Pode trabalhar com taxas de transmissão de até 54 Mbps. [10]
2.2.5
802.11n
O desenvolvimento foi iniciado em 2004 e foi finalizado só em setembro de
2009. A taxa de transmissão pode chegar a 300 Mbps. A principal característica é o uso
de um esquema de transmissão chamado MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output), que
15
torna possível a utilização de múltiplos transmissores e receptores (antenas) em um
único AP (Access Point). Este esquema de transmissão aproveita-se dos múltiplos
caminhos que uma onda eletromagnética pode tomar e também assim cada antena do
AP pode estar realizando apenas uma operação, assim ajudando no processamento dos
sinais.
Comumente os AP´s que transmitem o 802.11n tem três antenas.
Quanto à frequência utilizada, trabalha tanto na faixa de 2.4 GHz quanto na
faixa de 5 GHz. [10]
2.2.6
802.11ac
O sucessor do 802.11n é o 802.11ac, finalizado no ano de 2013. Sua principal
vantagem está em prometer taxas de transmissão de 450 Mbps a 1 Gbps.
Trabalhara na frequência de 5 Ghz e possuirá técnicas mais avançadas de
modulação, o esquema MU-MIMO (Mult-User MIMO), que permite a transmissão e
recepção de sinal de vários terminais, como se estes trabalhassem de maneira mais
colaborativa, na mesma frequência. [10]
2.3 O QUE É ROAMING E HANDOFF?
Quando o sistema de celular GSM foi implantado e ficou popular, o roaming
ficou também bem conhecido, já que habilitava a locomoção geográfica dos aparelhos
celulares. Mas este termo ficou tão amplo que para qualquer processo referente a
dispositivos móveis e seus pontos de acesso (APs) foi chamado de roaming.
A seguir é apresentada a diferença dos termos Handoff e Roaming e também a
explicação do porquê do seu uso.
16
2.3.1
ROAMING
É um termo amplamente empregado na telefonia móvel, onde o dispositivo
móvel move-se geograficamente com a capacidade de continuar disponível mesmo
mudando para redes de outras operadoras. Ou seja, o Roaming é a capacidade de se
manter conectado à rede, mas fora da sua rede original.
2.3.2
HANDOFF
É a habilidade de um dispositivo móvel manter-se conectado à rede, mudando
de AP (Access Point), mas sem sair da rede de origem. No caso de uma rede sem fio,
por exemplo, onde uma empresa deseja cobrir com Wi-Fi um escritório de quinhentos
metros quadrados, e que contém divisórias, colunas, etc., então é necessário mais de um
AP, e se um usuário com um notebook mover-se entre as extremidades do escritório
obrigatoriamente mudará de AP. Se este ocorrer mantendo-se conectado na rede, isso é
denominado Handoff.
2.4 POR QUE É NECESSÁRIO O HANDOFF?
A arquitetura adotada pelo projeto 802.11 para redes sem fio baseia-se na
divisão da área de coberta por células (estações de rádio-base chamados de Access Point
ou apenas de AP). As células tem o nome de BSA (Basic Service Area). Um conjunto
de estações constitui um BSS (Basic Service Set).
O tamanho de uma BSA depende das características do ambiente e dos
transmissores e receptores usados nas estações. E também da tecnologia que está sendo
propagada. Uma área geográfica de dez quilômetros quadrados, para telefonia analógica
pode ser coberta com apenas uma BSA, mas com a telefonia digital GSM, 3G e 4G, é
necessário mais de uma para evitar ruídos na transmissão e sobrecarga dos
equipamentos.
17
Para esta cobertura as BSAs têm sua interligação feita por outro meio físico:
fibra óptica, fios metálicos ou outros links de rádio de longo alcance e direcionais.
Este sistema de distribuição que faz o conjunto de BSSs se comunicarem
chama-se de ESS (Extended Service Set).
Dentro de cada ESS, os BSS são identificados com um identificador (ID),
conforme figura 3.
Figura 3: Exemplo de ESS
Devido ao grande número de BSAs existentes, faz-se necessário o Handoff.
Esta tecnologia garante de várias formas que um dispositivo móvel possa se locomover
geograficamente entre os BSSs sem a perda de comunicação.
Quem percebe a necessidade de fazer o Handoff é sempre o dispositivo móvel.
Por mais que existam alguns tipos de tecnologias que facilitem e deixem menos
traumática a ação do dispositivo móvel migrar de AP, quem decidirá ou não a troca da
antena fornecedora do sinal é o dispositivo móvel.
18
2.5 ANALISANDO O HANDOFF.
Para as análises foram utilizados dois cenários.
Para escutar a rede sem fio, na visão do dispositivo móvel, foram utilizados:

Dois access points da Marca Enterasys que têm a capacidade de conversar
entre si e trabalhar em cluster e irradiando o mesmo SSID;

Um notebook com sistema operacional Linux, com a placa de rede sem fio
em modo promíscuo e rodando o programa Wireshark escutando o meio
sem fio;

Um switch de rede, para dar conectividade aos access point a uma rede
LAN;

E um Smartphone para entrar na rede e ser o dispositivo móvel;
Para escutar a rede na visão dos access points, para averiguar a “conversa”
entre os dois equipamentos foram utilizados:

Um switch de rede, com a capacidade de fazer o espelhamento de portas;

Dois access points da Marca Enterasys que tem a capacidade de conversar
entre si e trabalhar em cluster e irradiando o mesmo SSID;

Um notebook com o programa Wireshark rodando, escutando a porta LAN
para capturar pacotes e ver o que se passa na rede.

E um Smartphone para entrar na rede e ser o dispositivo móvel.
A figura 4 ilustra os dois cenários listados anteriormente.
19
Figura 4 - Ilustração dos cenários para análises.
2.5.1
ESCUTANDO A REDE
Para iniciar a análise utilizou-se o primeiro cenário para escutar o que se passa
no meio sem fio ao redor do notebook. Este notebook está com a placa de rede sem fio
programada no modo promíscuo, onde ela apenas escutará o meio, não tendo
capacidade de enviar nada ao meio e rodando o programa Wireshark.
O que será visto no programa Wireshark são os quadros de dados chamados
Beacons. São nestes quadros que trafegam as informações das redes disponíveis naquele
access point, sincronismos de dados para conexão à rede entre outros parâmetros. Por
padrão os access points transmitem uma rajada de Beacons a cada cem milissegundos.
A figura 5 mostra o que a placa de rede do notebook está escutando no
momento da análise, onde algumas redes estão sendo propagadas.
A coluna source é a origem do pacote Beacon, são access points Enterasys e a
coluna destination a palavra Broadcast. Isso significa que o access point está
divulgando as redes nele configuradas para todos, quem quiser escutar e se desejar,
tendo as credencias de acesso poderá se conectar nela. Na linha grifada está a rede na
qual se irá trabalhar: o SSID “TCC”.
20
Figura 5 - Captura dos Beacons das redes sendo propagadas.
Aleatoriamente os dispositivos móveis podem requisitar mais informações para
os access points, para verificarem se as redes que estão sendo propagadas estão aptas a
receber conexão do dispositivo móvel.
Na figura 6 um frame de resposta “Probe Response” da solicitação de mais
informações que um dispositivo móvel qualquer solicitou referente a rede TCC.
Observa-se que na coluna source é o access point e a coluna destination o
dispositivo móvel qualquer que estava na região de alcance e pergunta mais
informações sobre a rede TCC.
Figura 6 - Probe Response
21
Na figura 6 alguns dos parâmetros que foram respondidos ao dispositivo
móvel: SSID, Supported Rates (velocidades suportadas), Current Channel (canal na
qual está ocorrendo a transmissão, Country Information (O plano de canais que está
sendo transmitindo).
2.5.2 CONECTANDO –SE À REDE
Ao conectar à rede TCC, usando um aparelho Smartphone, os pacotes de
negociação das chaves WEP da rede TCC no access point não são possíveis de serem
capturadas, devido a esta comunicação ficar restrita entre a antena e o dispositivo
móvel. E este modelo de antena usada para o trabalho não possui a facilidade de
acompanhar esta tentativa de conexão em algum log ou captura de tela.
Após a troca das chaves de autenticação, o dispositivo móvel necessita ganhar
um endereço de rede IP para poder conversar na rede.
22
Na figura 7, observa-se o pacote de requisição capturado no Wireshark. No
campo source existe o IP 0.0.0.0 que seria o smartphone e está com este parâmetro por
que ele não tem o IP. O campo destination está 255.255.255.255 por que ele disparou a
Figura 7 - Solicitação de endereço DHCP
mensagem para todos na rede, quando que algum servidor DHCP o respondesse
observa-se as linhas grifadas os parâmetros sendo solicitados.
Após a solicitação do pedido, o servidor DHCP da rede irá responder o
endereço IP disponível para o smartphone.
Na figura 8, é mostrado a tela do Wireshark aonde é visualizado a entrega do
IP ao dispositivo móvel, na coluna source há o gateway da rede respondendo ao
destination com o IP 10.0.12.143, que já é o IP do Smartphone, observa-se as linhas
grifadas os parâmetros de máscara de subrede, router (gateway) e domain name server
sendo respondidos ao dispositivo móvel.
23
Figura 8 - DHCP respondendo a solicitação para o dispositivo móvel.
A partir deste ponto, se não houve nenhum problema, o usuário do dispositivo
móvel digitou a senha corretamente, autenticou, houve a distribuição correta do número
IP e existindo uma rede LAN funcionando, a comunicação pode acontecer
normalmente.
2.5.3 EXECUTANDO O HANDOFF
O processo de Handoff refere-se à troca de mensagens entre os APs e os
dispositivos móveis, resultando numa transferência de conectividade de camada física e
de informações de estado do dispositivo móvel em questão. Assim, para ocorrer o
Handoff, são necessárias três entidades participantes: o dispositivo móvel, o AP de
origem e o AP de destino.
As informações de estado são informações de conectividade, como credenciais
de acesso, nomes da rede em questão, algumas métricas, IP que o dispositivo móvel tem
24
na rede entre outras. Estas informações são trocadas via IAPP (Inter-Access Point
Protocol) ou outro protocolo proprietário.
Mas mesmo no IAPP que é especificado na IEEE, não é possível visualizar de
forma clara usando o programa Wireshark, ou seja, não é possível ver o que trafega
dentro do pacote do IAPP, mas é totalmente visível que os dois access points trocam
diversas mensagens quando uma troca de antena está ocorrendo.
A maioria absoluta dos dispositivos móveis usa o RSSI (Received Signal
Strength Indicator), como parâmetro de trabalho. O RSSI é uma medida de sinal
recebido pelo dispositivo móvel que está definido no padrão IEEE 802.11.
A unidade de medida do RSSI é dada em decibel (dB): “...é uma unidade
logarítmica que indica a proporção de uma quantidade física (geralmente
energia ou intensidade) em relação a um nível de referência especificado.”
[9]
Cada fabricante tem seu limiar desta intensidade de sinal, uns fazem o seu
dispositivo móvel realizar o Handoff com -70dBm outros esperam chegar a -90dBm.
Lembrando que quanto mais esta medida se aproximar do zero melhor.
Os motivos para que o dispositivo móvel realize o Handoff são:

Distanciamento entre a antena de origem e a aproximação da de destino;

O AP de origem ser desligado;

A potência de transmissão do AP de origem ser diminuída (RSSI);

Transferência de carga entre antenas.
2.5.4
FASES PARA ACONTECER O HANDOFF
Para que ocorra o Handoff de um equipamento sem fio, ocorrem as seguintes
fases:
1. Varredura (Probe Delay): o dispositivo movendo-se para longe do AP ao
qual ele está ligado e o valor de RSSI começa a cair abaixo de certos níveis
estabelecidos pelo fabricante, o dispositivo cliente envia uma onda de
pacotes denominados Probe request e Probe response, para identificar
25
alternativas de access points iniciando o processo de Handoff. Após a
descoberta de APs acessíveis, o dispositivo seleciona os APs mais
próximos com base em certos critérios, configurados pelo fabricante do
próprio dispositivo, como o RSSI, e então ele seleciona o de melhor sinal
de RSSI.
2. Re-autenticação (Authentication Delay): durante esta fase, o dispositivo
cliente envia um pedido de autenticação para o novo AP, enviando
credenciais e informações de estado, e aguarda uma resposta do AP para
aprovar ou rejeitar o pedido.
3. Re-associação (Reassociation Delay): após aprovação pelo novo AP, o
cliente envia um pedido de re-associação e aguarda uma resposta. Uma vez
que a re-associação é completada, o novo AP envia um pacote para a
dissociação do AP anterior de modo que o encaminhamento das tabelas de
controle podem ser atualizados. O processo de Handoff está concluído.
Todo este processo se devidamente configurado costuma levar menos de 500
milissegundos, onde a fase mais demorada é a varredura para procura de novos APs.
26
Figura 9 - Processo de Handoff – Graficamente.
Fonte: [2]
A figura 9 demonstra estas fases em um processo de handoff, conforme
exemplificado a seguir.
1. Varredura: as mensagens de A a E são as mensagens trocadas entre o
dispositivo móvel e os APs próximos, onde o dispositivo móvel está
sondando os APs para verificar os possíveis candidatos a APs de destino. A
quantidade de mensagens trocadas varia de 3 a 11.
2. Re-autenticação: esta fase ocorre durante a troca de informações de
autenticação (credenciais). Dependendo do método de autenticação são
trocados de duas a quatro mensagens (as mensagens E e F).
27
3. Re-associação: após a autenticação bem sucedida, é enviado um pedido ao
AP de re-associação e voltando um quadro de confirmação o Handoff se
completa (as mensagens G e H).
2.5.5
CAPTURAS DE PACOTES DE IAPP
Agora, com as duas antenas Enterasys instaladas pode-se verificar a captura de
pacotes do IAPP entre as duas antenas. O teste consistirá em baixar o sinal da antena na
qual o Smartphone está conectado desligando o rádio dela e não a antena, para forçar o
Smartphone a migrar para a outra antena que está irradiando o mesmo SSID.
Na figura 10 é verificada a quantidade de mensagens para que ocorra com o
Handoff. Nas colunas Source e Destination aparecem o IP da antena 1 (10.0.13.200) e o
IP da antena 2 (10.0.13.201).
Figura 10 - Pacotes IAPP sendo trocados entre as antenas.
Na figura 11 foi selecionado um dos pacotes trocados entre as antenas, em
destaque o endereço IP delas e o protocolo IAPP.
28
Figura 11 - Identificando o Pacote IAPP.
Na figura 12, é destacado o mesmo pacote IAPP mas com a flag “data” em
destaque, aonde em hexadecimal são mostrados os dados que são transportados na troca
de informações deste protocolo.
Figura 12 - Dados transportados no pacote IAPP.
29
2.6 ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS PARA REDUZIR O PROCESSO
DE HANDOFF
Como já esclarecido, o Handoff é um serviço que depende do dispositivo
móvel. Segundo os atuais padrões 802.11, o único método confiável é que os
dispositivos móveis continuem fazendo o Handoff. Caso este processo se perca de
alguma forma ou se atrase haverá perdas de pacotes prejudicando a continuidade da
operação do link.
Existem aplicações muito sensíveis ao Handoff mal feito. A principal delas é a
ligação VOIP, pois uma latência ideal seria entre cem e cento e cinquenta
milissegundos, mas como dito anteriormente um Handoff mal configurado pode levar
quinhentos milissegundos.
Existem algumas formas que ajudam a reduzir o atraso no Handoff nos
dispositivos móveis. A mais indicada é a utilização de controladoras wireless. Seguem
alguma opções:

Múltiplos Access Points mas sem supervisão de uma controladora: esta
é uma forma barata de fazer o Handoff, onde cada AP terá o mesmo SSID e
nível de segurança. Estes APs não se conversam, ou seja, trabalham em
qualquer canal, com qualquer potência. O instalador preverá zonas lógicas
de cobertura onde haverá um nível reduzido de Handoffs. Aqui ocorre um
processo a mais: os endereços IPs dos dispositivos móveis também trocam
de IP a cada Handoff, atrasando ainda mais o processo (figura 13). [5]
30
Figura 13 - AP´s sem supervisão de controladora.
Fonte: [5]

Controladoras configuradas: configuração utilizada em conjunto com
APs de diversas marcas e modelos, ela apenas garante que todos os APs
tenham a mesma configuração de SSID e nível de segurança. O dispositivo
cliente ainda determina quando ele vai mudar de ponto de acesso, mas o IP
muda. [5]

Controladoras de gerência: esta configuração aperfeiçoa o processo de
Handoff entre os APs, onde o dispositivo cliente ainda gerencia a troca de
APs mas o processo é mais rápido do que o handoff puro. Aqui os APs
trocam informações entre si pela controladora, mas o IP ainda muda (figura
14). [5]
Figura 14 - AP´s ligados a uma controladora de gerencia.
Fonte: [5]
31

Controladora que usa virtualização de wireless: é a melhor solução do mercado
atual, aonde a controladora virtualiza a rede sem fio entre todos os APs como
sendo único para o cliente, onde literalmente a controladora monitora e escuta os
APs na rede. Para aplicações empresariais como TelefoniaIP, é a mais indicada.
Mas para usuários caseiros e small-offices, pode ser uma solução muito cara.
Agora os endereços IPs serão os mesmo em todos os APs. Aqui este tipo de
controladora também trabalha como um roteador de camada 3 (figura 15). [5]
Figura 15 - Ap´s ligados a uma controladora de virtualização de rede Wireless.
Fonte: [5]
É importante lembrar que a melhor solução é a baseada em controladora,
apesar que sempre é o dispositivo móvel que decide a hora de trocar de AP. Mas se o
dispositivo móvel não tiver um bom gerenciamento, o Handoff será problemático.
Dependendo do tipo de rede, o custo de uma controladora pode ser algo
demasiadamente caro para implementá-la. De qualquer forma, dependendo do uso, é
preciso fazer uma avaliação do tipo custo/benefício.
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CONCLUSÃO
Este trabalho fez uma apresentação e uma análise de um processo facilitador
para locomoção de dispositivos móveis em uma rede sem fio: o Handoff. Mas uma
cobertura de rede mal projetada pode piorar a situação.
Entende-se que apesar de existir formas para facilitar o processo por parte dos
dispositivos móveis de acesso, a decisão de realizar o Handoff sempre é do dispositivo
móvel.
O trabalho apresentou as possibilidades de melhoria no processo, mas deixou
claro que são caras e portanto cabíveis financeiramente apenas para grandes empresas.
O objetivo do trabalho foi atingido utilizando meios de fácil acesso, não sendo
necessário altos investimentos, como o software Wireshark que é gratuito e um
notebook de performance mediana com sistema operacional Linux com uma
distribuição gratuita.
Sugere-se como próximos trabalhos a possiblidade de usar meio de captura
especializados, como hardware e software empresariais não gratuitos, para averiguar o
quanto é possível avançar na pesquisa deste assunto.
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BIBLIOGRAFIA
1- CARPENTER, TOM. CWNA Certifed Wireless Network Administrator
Offcial Study Guide (Exam PW0-100) 4 ed. New York : MacGraw-Hill, 2008.
2- MISHRA, Arunesh. SHIN, Minho. ARBAUGH, William. An Empirical
Analysis of the IEEE 802.11 MAC Layer Handoff Process. Paper. University
of Maryland. USA.
3- ORZACH, Yoram. Network Analysis using Wireshark. Packt Publishing Ltd,
2013.
4- SOARES, Luiz Fernando G.LEMOS, Guido. COLCHER, Sergio. Redes de
computadores: das LAN, MANS e WANs as redes ATM. Rio de Janeiro:
Campus, 1995.
5- http://hometoys.com/emagazine.php?art_id=1909. Acesso em: 25 de março de 2014
6- http://pt.wikipedia.org/wiki/Roaming Acesso em: 25 de março de 2014
7- www.cwnp.com/dictionary Acesso em: 02 de abril de 2014
8- http://www.infowester.com/wifi.php. Acesso em: 02 de abril de 2014
9- http://pt.wikipedia.org/wiki/Decibel Acesso em: 01 de maio de 2014
10- www.wi-fi.org Acesso em: 01 de maio de 2014