CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
LUÍS FELIPE GERHARDT
AVALIAÇÃO DA APLICAÇÃO DE BOAS PRÁTICAS NO
PROCESSO DE OTIMIZAÇÃO EM ENLACES SEM FIOS
PONTO-A-PONTO EXTERNOS
Lajeado
2011
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LUÍS FELIPE GERHARDT
AVALIAÇÃO DA APLICAÇÃO DE BOAS PRÁTICAS NO
PROCESSO DE OTIMIZAÇÃO EM ENLACES SEM FIOS
PONTO-A-PONTO EXTERNOS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas do Centro
Universitário UNIVATES, como parte dos requisitos
para a obtenção do título de bacharel em Engenharia da
Computação.
Área de concentração: Rede de Computadores
ORIENTADOR: Prof. Luis Antônio Schneiders
Lajeado
2011
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LUÍS FELIPE GERHARDT
AVALIAÇÃO DA APLICAÇÃO DE BOAS PRÁTICAS NO
PROCESSO DE OTIMIZAÇÃO EM ENLACES SEM FIOS
PONTO-A-PONTO EXTERNOS
Este trabalho foi julgado adequado para a obtenção do
título de bacharel em Engenharia da Computação do
CETEC e aprovado em sua forma final pelo Orientador
e pela Banca Examinadora.
Orientador: ____________________________________
Prof. Luis Antônio Schneiders, UNIVATES
Mestre em Ciência da Computação pela UFRGS – Porto Alegre, Brasil
Banca Examinadora:
Prof. Alexandre Stürmer Wolf, UNIVATES
Mestre em Engenharia Elétrica pela PUC – Rio de Janeiro, Brasil
Prof. Fabrício Pretto, UNIVATES
Mestre em Ciência da Computação pela PUC – Porto Alegre, Brasil
Prof. Luis Antônio Schneiders, UNIVATES
Mestre em Ciência da Computação pela UFRGS – Porto Alegre, Brasil
Coordenador do Curso de Engenharia da Computação:______________
Prof. Marcelo de Gomensoro Malheiros
Lajeado, novembro de 2011.
Dedico este trabalho à parcela da população que se esforça para fazer do mundo um
lugar melhor do que aquele no qual nasceu. Desenvolver nunca significou destruir o que já
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existe.
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AGRADECIMENTOS
Neste momento de alívio, euforia e satisfação não posso deixar de lembrar das pessoas
que cruzaram meu caminho e contribuíram de alguma forma para que hoje eu esteja vivendo
este momento.
Em primeiro lugar agradeço a mim mesmo, afinal quem estudou, aprendeu, sofreu,
não dormiu, quase enlouqueceu, e finalmente, quando estava quase desistindo, conseguiu fui
eu. Agradeço também o meu orientador, Prof. Luis Antonio Schneiders, ao Prof. Fabrício
Pretto e a todos que me ajudaram de alguma forma na realização este trabalho.
Depois, agradeço a quem me ensinou a ser assim: meus pais e familiares.
Ao meu pai, que formou grande parte do meu caráter baseado principalmente na
honestidade e responsabilidade para com as pessoas, tarefas e a si mesmo. Sempre esteve
vigilante, preocupado, às vezes até desconfiado, algumas sem razão, e em outras, coberto
dela. Pronto para me apoiar no momento que fosse necessário e na área que precisasse. Hoje,
tudo que sou tem um pouco dele, e me orgulho muito disso (até da parte da cabeça-dura).
À minha mãe, com o seu carinho incondicional desde quando eu ainda não era nem
gente.
À minha madrinha, que sempre foi muito mais do que dinda, ajudando de todas as
formas imagináveis e não-imagináveis, amorosas e de cobrança.
Aos meus seis avós, que infelizmente já se foram, mas que felizmente conheci a todos
e, principalmente, convivi e aprendi muito com o vô Tharcylo e a Vó Olívia, ambos foram
muito presentes em minha educação e me apoiaram sempre e em tudo. O Vô Tharcylo, desde
que eu era pequeno me levava para brincar na praça, depois, para andar de bicicleta, ainda
depois era o “taxista” para me levar na casa dos amigos de infância. Me ensinou a nadar,
dirigir, economizar, investir, poupar, emprestar e pagar, trabalhar, ser cauteloso e paciente.
Tive muita sorte em ter um avô assim. Já a Vó Olivia sempre me incentivava a continuar
estudando e a alcançar meus objetivos. Se não fosse por ela, provavelmente não teria iniciado
a faculdade quando iniciei e talvez não estaria aqui hoje. Sinto muita falta de todos os meus
avós, mas ao mesmo tempo tenho um orgulho imenso de poder ter convivido e aprendido com
eles.
Às minhas irmãs. À Ana, que me faz muita falta. E à Bruna, que está sempre pronta
pra roubar um sorriso meu e, também, colocar uma ruga na minha ainda jovem cara.
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Aos meus amigos, de infância, adolescência e juventude, aos que ainda tenho contato e
completam os momentos felizes e amenizam os tristes e, também, aos que não tenho mais
contato, mas continuam presentes nas lembranças agradáveis.
Aos colegas de curso, que dividiram comigo momentos de trabalho árduo.
Aos professores, que me ensinaram grande parte do que sei hoje.
À UNIVATES que proporcionou um ótimo ambiente e infra-estrutura para que o
conhecimento pudesse chegar até mim.
Aos professores da Banca Examinadora, que se dispuseram a ler e analisar o meu
Trabalho de Conclusão de Curso, me proporcionando um último momento de aprendizagem
acadêmica.
E por último, um agradecimento especial a minha companheira Janaína, por sua
paciência durante esses longos anos de estudos, e por seu otimismo e incentivo nos momentos
difíceis em que o desânimo ameaçava me abater.
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RESUMO
Este trabalho trata de normas e práticas para corrigir problemas de desempenho em redes Wifi ponto-a-ponto de planta externa. O desempenho deste tipo de rede é comumente afetado
pela má aplicação, ou não aplicação, das normas vigentes e técnicas recomendadas. A falta de
documentação de fácil aplicação para a solução destes problemas motivou o desenvolvimento
deste trabalho. Seu objetivo foi elaborar uma documentação fácil de ser aplicada para a
solução destes problemas. Os dados referentes às conexões estudadas foram coletados e
analisados, as normas e técnicas sugeridas para correção foram aplicadas e, finalmente, foram
mensurados os resultados obtidos. Para o embasamento das técnicas e normas, buscou-se
apoio em autores como Flickenger, Stallings e Battisti. Na conclusão, discutem-se resultados
práticos contendo valores pertinentes como latência e throughput, medidos antes e depois da
aplicação das correções.
Palavras-chave: Wireless, Wi-Fi, 802.11, throughput, latência, desempenho, ponto-aponto e sinal.
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ABSTRACT
This paper deals with standards and practices to correct performance problems in Wi-Fi
networks peer-to-peer outside plant. Lack of documentation easily applied to solve these
problems motivated the development of this study. The performance of this type of network is
commonly affected by the misapplication or non application of existing rules and
recommended techniques. This study aimed to provide a documentation easier to be applied
to solve these kind of performance problems. The data of the connections studied were
collected and analyzed, the standards and suggested techniques for correction were applied,
and finally the results were measured. Authors like Flickenger, Stallings e Battisti were used
to provide a sound basement for discussing techniques and standards. In the conclusion,
results containing values such as latency and throughput, measured before and after applying
the corrections are discussed.
Keywords: Wireless, Wi-Fi, 802.11, throughput, latency, performance, peer-to-peer e
signal.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Arquitetura Ad-Hoc .................................................................................................... 34
Figura 2 IEEE 802.11 Architecture .......................................................................................... 35
Figura 3 Infra-estrutura BSS ..................................................................................................... 35
Figura 4 Infra-estrutura ESS ..................................................................................................... 36
Figura 5 Wireless Distribution System (WDS) ......................................................................... 36
Figura 6 Portal de Integração IEEE 802.x LAN........................................................................ 37
Figura 7 Classificação de rede por área de abrangência ........................................................... 37
Figura 8 Rede WPAN................................................................................................................ 38
Figura 9 Rede WLAN ................................................................................................................ 38
Figura 10 Rede WMAN ............................................................................................................. 39
Figura 11 Rede WWAN ............................................................................................................. 40
Figura 12 Comprimento de onda, amplitude e frequência (FLICKENGER et al., 2007, p. 10)
.................................................................................................................................................. 41
Figura 13 Tipos de antena direcional ....................................................................................... 45
Figura 14 Diagramas de irradiação bidimensionais ................................................................. 46
Figura 15 Polarização de uma onda eletromagnética (FLICKENGER et al., 2007, p. 109) .... 49
Figura 16 Guia de Onda (FLICKENGER et al., 2007, p. 98) .................................................. 50
Figura 17 Tipos de conectores (BATTISTI, 2011, p. 17) ........................................................ 51
Figura 18 Anel de gotejamento (FLICKENGER et al., 2007, p. 255) ..................................... 52
Figura 19 Canais ISM 2.4 GHz (FLICKENGER et al., 2007, p. 15) ....................................... 54
Figura 20 Interferência construtiva e destrutiva (FLICKENGER et al., 2007, p. 21).............. 55
Figura 21 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 1 ....................................................... 68
Figura 22 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 2 ....................................................... 74
Figura 23 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 3 ....................................................... 80
Figura 24 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 4 ....................................................... 87
Figura 25 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 5 ....................................................... 93
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Variação de IERP para links ponto-a-ponto .............................................................. 53
Tabela 2 Parametrização – Antenas e transceptores 1 .............................................................. 66
Tabela 3 Parametrização – Linhas de transmissão 1 ................................................................ 67
Tabela 4 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 1 ......................................................... 67
Tabela 5 Parametrização – Meio físico 1 ................................................................................. 68
Tabela 6 Parametrização – Desempenho 1 ............................................................................... 68
Tabela 7 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 1 ...................................... 69
Tabela 8 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 1 ......................................... 70
Tabela 9 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 1 .......................................................... 70
Tabela 10 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 1 ..................................................... 71
Tabela 11 Parametrização – Antenas e transceptores 2 ............................................................ 73
Tabela 12 Parametrização – Linhas de transmissão 2 .............................................................. 73
Tabela 13 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 2 ....................................................... 74
Tabela 14 Parametrização – Meio físico 2 ............................................................................... 74
Tabela 15 Parametrização – Desempenho 2 ............................................................................. 74
Tabela 16 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 2 .................................... 76
Tabela 17 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 2 ....................................... 76
Tabela 18 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 2 ........................................................ 77
Tabela 19 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 2 ..................................................... 77
Tabela 20 Parametrização – Antenas e transceptores 3 ............................................................ 79
Tabela 21 Parametrização – Linhas de transmissão 3 .............................................................. 80
Tabela 22 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 3 ....................................................... 80
Tabela 23 Parametrização – Meio físico 3 ............................................................................... 81
Tabela 24 Parametrização – Desempenho 3 ............................................................................. 81
Tabela 25 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 3 .................................... 82
Tabela 26 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 3 ....................................... 83
Tabela 27 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 3 ........................................................ 83
Tabela 28 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 3 ..................................................... 84
Tabela 29 Parametrização – Antenas e transceptores 4 ............................................................ 86
Tabela 30 Parametrização – Linhas de transmissão 4 .............................................................. 86
Tabela 31 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 4 ....................................................... 86
Tabela 32 Parametrização – Meio físico 4 ............................................................................... 87
Tabela 33 Parametrização – Desempenho 4 ............................................................................. 87
Tabela 34 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 4 .................................... 89
Tabela 35 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 4 ....................................... 89
Tabela 36 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 4 ........................................................ 90
Tabela 37 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 4 ..................................................... 90
Tabela 38 Parametrização – Antenas e transceptores 5 ............................................................ 92
Tabela 39 Parametrização – Linhas de transmissão 5 .............................................................. 92
Tabela 40 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 5 ....................................................... 92
Tabela 41 Parametrização – Meio físico 5 ............................................................................... 93
Tabela 42 Parametrização – Desempenho 5 ............................................................................. 93
Tabela 43 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 5 .................................... 94
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Tabela 44 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 5 ....................................... 94
Tabela 45 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 5 ........................................................ 95
Tabela 46 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 5 ..................................................... 95
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LISTA DE ABREVIATURAS
ACK: Acknowledgement
ANATEL: Agência Nacional de Telecomunicações
AP: Access Point
AVI: Audio Video Interleave
BIT: Binary Digit
BSS: Basic Service Set
BSSID: Basic Service Set IDentifier
CETEC: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection
CRC: Cyclic Redundancy Check
dB: Decibel
dBm: Decibel Medido
dBi: Decibel Isotrópico
DCF: Distributed Coordination Functions
DFW: Distributed Foundation Wireless
DNS: Domain Name Service
DPSK: Differential Phase-Shift Keying
DS: Distribution System
DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
EIRP: Equivalent Isotropic Radiated Power
ESS: Extended Service Set
ESSID: Extended Service Set IDentifier
ETSI: European Telecommunications Standards Institute
FCC: Federal Communications Commission
FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum
FM: Frequência Modulada
FTP: File Transfer Protocol
Gbits: Gigabits
GHz: Gigahertz
GPS: Global Positioning System
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HTML: HyperText Markup Language
HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol
Hz: Hertz
ID: Identifier
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
IP: Internet Protocol
ISM: Instrumentation, Scientific & Medical
ISO: International Standards Organization
kbps: kilobits por segundo
km: Quilômetros
LAN: Local Area Network
LLC: Logical Link Control
m: Metros
MAC: Media Access Control
MAN: Metropolitan Area Network
MANET: Mobile Ad-hoc NETwork
Mbps: Megabits por segundo
MHz: Megahertz
MIMO: Multiple-input and multiple-output
ms: Milissegundos
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OSI: Open Systems Interconnection
PAN: Personal Area Network
PC: Personal Computer
PCF: Point Coordination Functions
PCI: Peripheral Component Interconnect
PNG: Portable Network Graphics
QAM: Quadrature Amplitude Modulation
QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying
RONJA: Reasonable Optical Near Joint Access
SMTP: Simple Mail Transfer Protocol
SSID: Service Set IDentifier
STP: Shielded Twisted Pair
TCP: Transmission Control Protocol
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UDP: User Datagram Protocol
U-NII: Unlicensed National Information Infrastructure
W: Watt
WAN: Wide Area Network
WDS: Wireless Distribution System
WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance
Wi-Fi: Wireless Fidelity
WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access
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SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 16
1.1
Motivação ..................................................................................................................... 17
1.2
Objetivo ........................................................................................................................ 17
1.3
Metodologia .................................................................................................................. 18
2
REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................ 20
2.1
Redes de computadores ................................................................................................ 20
2.1.1 Modelo de referência OSI ............................................................................................ 21
2.1.2 Modelo de referência TCP/IP ....................................................................................... 23
2.2
Redes de computadores sem fio (IEEE 802.11) ........................................................... 24
2.2.1 Subcamada de controle de enlace lógico ...................................................................... 26
2.2.2 Subcamada de controle de acesso ao meio ................................................................... 26
2.2.3 Técnicas de transmissão ............................................................................................... 27
2.2.4 Famílias IEEE 802.11 ................................................................................................... 29
2.2.5 Topologia ...................................................................................................................... 33
2.2.6 Arquitetura .................................................................................................................... 33
2.2.7 Classificação quanto à abrangência .............................................................................. 37
2.2.8 Normatização e padronização....................................................................................... 40
2.2.9 Teoria de ondas............................................................................................................. 41
2.2.10
Antenas ..................................................................................................................... 44
2.2.11
Linhas de transmissão............................................................................................... 49
2.2.12
Linha de visada e zona de Fresnel ............................................................................ 52
2.2.13
Potência Irradiada ..................................................................................................... 53
2.2.14
Canais ....................................................................................................................... 53
2.2.15
Interferência .............................................................................................................. 55
2.2.16
Largura de banda ...................................................................................................... 57
2.2.17
Sensibilidade e nível de sinal relativo ...................................................................... 57
2.2.18
Throughput e latência ............................................................................................... 57
3
DESCRIÇÃO DA PROPOSTA ....................................................................................... 59
4
ESTUDOS DE CASO ...................................................................................................... 61
4.1
Descrição do formato de exposição dos dados ............................................................. 61
4.1.1 Coleta de dados e parametrização ................................................................................ 61
4.1.2 Análise dos dados parametrizados, alterações sugeridas e conclusão .......................... 65
4.2
Cenário 1 ...................................................................................................................... 65
4.2.1 Coleta e parametrização dos dados............................................................................... 66
4.2.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas ............................................ 69
4.2.3 Resultados..................................................................................................................... 71
4.3
Cenário 2 ...................................................................................................................... 72
4.3.1 Coleta e parametrização dos dados............................................................................... 72
4.3.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas ............................................ 75
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4.3.3 Resultados..................................................................................................................... 78
4.4
Cenário 3 ...................................................................................................................... 79
4.4.1 Coleta e parametrização dos dados............................................................................... 79
4.4.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas ............................................ 81
4.4.3 Resultados..................................................................................................................... 84
4.5
Cenário 4 ...................................................................................................................... 85
4.5.1 Coleta e parametrização dos dados............................................................................... 85
4.5.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas ............................................ 88
4.5.3 Resultados..................................................................................................................... 90
4.6
Cenário 5 ...................................................................................................................... 91
4.6.1 Coleta e parametrização dos dados............................................................................... 91
4.6.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas ............................................ 93
4.6.3 Resultados..................................................................................................................... 96
5
CONCLUSÃO .................................................................................................................. 97
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 98
BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 99
16
1
INTRODUÇÃO
A prática cotidiana atual nos prova que a necessidade de renovação processual afeta
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positivamente a agilidade decisória necessária no mercado corporativo atual. A partir desta
necessidade, no mundo da computação, pode-se ver claramente a evolução dos computadores
usados em escritórios sem nenhum tipo de comunicação externa, para um ambiente onde
redes de computadores dominam desde organizações multinacionais até residências de classe
média. Na sociedade contemporânea as redes de computadores tem um papel fundamental
para o aumento da produtividade, lucratividade e agilidade nas respostas demandadas pelas
organizações. Pode-se ainda citar o fato de que várias atividades do mundo não eram sequer
possíveis antes das redes computacionais.
Nos últimos 15 anos as redes de computadores se expandiram e novas tecnologias
foram criadas. Uma destas tecnologias é a das redes sem fio. Estas são redes que nos
proporcionam mobilidade, rápida implantação e, atualmente, alto desempenho. O mundo
wireless invadiu o universo da computação, tanto pessoal como corporativa e certamente será
cada vez mais uma constante em todos os ramos de negócio daqui para frente. Hoje em dia há
empresas, interligando suas filiais, com links de comunicação sem fio que somados
percorreriam em linha reta o Brasil do norte ao sul.
Esta realidade é cada vez mais visível e vem sempre à sombra da comunicação com
fios em termos de estabilidade e desempenho. Se as fibras ópticas começam a ultrapassar os
10 Gbits/s, as conexões sem fio vem ao seu encalço já atingindo praticamente a barreira dos 1
Gbit/s. Não se pode negar que os cabos ainda são mais rápidos e estáveis, porém também não
se pode negar que a conexão sem fio é muito mais prática, barata e com uma implantação
muito mais rápida. É possível vislumbrar o modo pelo qual as conexões sem fio vão
ultrapassar em velocidade e quem sabe, porque não, em disponibilidade as conexões com fio.
O desenvolvimento das redes sem fio tem um número de aplicações incalculáveis e é
indispensável para o crescimento de empresas e da tecnologia como um todo. Devido à
demanda e a quantidade de profissionais trabalhando no desenvolvimento das conexões sem
fio, pode-se dizer que não há barreiras para as evoluções possíveis no ramo das conexões sem
fio.
Em ambientes externos, os links de comunicação sem fio são utilizados principalmente
com duas finalidades: em empresas para interconexão de filiais e em provedores de internet
sem fio para distribuição e captação nos clientes do serviço de internet. Com uma expansão
acelerada das redes sem fio, tanto em provedores como em empresas, o espectro utilizado por
17
elas para a comunicação fica cada vez mais saturado e, consequentemente, acaba praticamente
inutilizado pelas interferências. Hoje não é surpresa fazer uma busca por redes disponíveis em
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um ambiente e encontrar dezenas ou, às vezes, centenas delas. Seguidamente, mesmo com um
bom sinal não se consegue um throughput suficiente para aplicação desejada em virtude da
saturação do espectro.
1.1 Motivação
Nas experiências de profissionais do ramo é possível verificar que os maiores
problemas em uma rede sem fios são: a saturação do espectro que ela utiliza e a falta de
conhecimento dos profissionais que as implantam, causando os mais variados problemas.
Estes problemas vão desde a má instalação física dos equipamentos, até erros básicos de
configuração de canal e/ou potência de transmissão.
É quase uma regra encontrar muitas redes sem fio em um mesmo local, de modo que
todas as frequências de uso livre estão sendo ocupadas, e soma-se a isto o fato dos canais se
sobreporem. O nível de interferências, que uma rede gera à outra costuma ser tão elevada que
acaba tornando a comunicação praticamente inviável ou, no mínimo, precária ao ponto de não
atender a necessidade da aplicação a qual foi projetada.
A principal motivação para este trabalho é contribuir no esclarecimento de técnicas e
práticas que são pouco implantadas em links de comunicação sem fio. Tais técnicas e práticas
são de suma importância para o bom funcionamento dos enlaces, principalmente, tendo-se em
vista o fato de não se encontrar frequências limpas para uso e, com a expansão acelerada das
redes sem fio, a tendência natural é que cada vez a situação fique mais difícil.
As práticas sugeridas poderão ser utilizadas em projetos e em implantações físicas e
lógicas de redes sem fio ponto-a-ponto como no caso de interligação das filiais de uma
empresa, redes públicas para interconexão de postos de saúde e escolas municipais, e,
transmissão de dados ponto-a-ponto em geral. Eventualmente, as práticas sugeridas poderão
ser aplicadas em redes semelhantes que usem os mesmos conceitos, porém estas não serão
tratadas diretamente neste trabalho.
1.2 Objetivo
Este trabalho de conclusão de curso tem por objetivo principal estudar, avaliar e
aplicar práticas que melhorem o desempenho final de redes sem fio ponto-a-ponto de planta
externa com até 25 km, que tenham sido, ou não, implantadas observando as normas vigentes
18
e que, ainda assim, não atendam a demanda de estabilidade ou desempenho para as quais
foram concebidas.
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Como resultado, este trabalho disponibilizará uma fonte de conhecimento direto e
específico para tópicos pouco explorados e, muitas vezes, desconhecidos pelos profissionais
do ramo.
1.3 Metodologia
A metodologia aplicada a este trabalho consiste em analisar implantações existentes de
redes sem fio ponto-a-ponto que foram instaladas, ou não, usando as normas vigentes e tem
problemas de desempenho. Entre estas normas pode-se citar análise de Fresnel e linha de
visada, segurança do meio físico, análise das especificações dos componentes e sua aplicação,
alinhamento de antenas e dificuldades climáticas (chuva e neblina).
A partir destas análises, serão propostas alternativas de melhoria do desempenho dos
enlaces de modo que passem a desempenhar todo o seu potencial.
Não há garantia de que, mesmo desempenhando o seu potencial máximo, os enlaces
em questão atendam as necessidades para os quais foram concebidos, o que se deve a grande
quantidade de fatores externos que não dependem do projeto ou das normas, como por
exemplo, fatores naturais e climáticos.
O foco dos estudos e análises deste trabalho situa-se nas camadas 1 e 2 do modelo
OSI, visto que são nestas camadas que estão as diferenças de funcionamento entre uma rede
sem fio e uma rede Ethernet. Situações que não se enquadrem a estas camadas não serão
abordadas, pois não se enquadram apenas às conexões sem fio, e sim às conexões de um
modo geral.
O nível de eficiência das soluções propostas será provado, principalmente, através de
testes de throughput e latência, embora outros possam apoiar as conclusões.
Serão estudadas e analisadas situações reais encontradas em empresas que utilizam
conexões sem fio para promover a interligação entre as suas filiais.
O segundo capítulo expõe os conceitos, tecnologias e tópicos que servirão para
embasar teoricamente os estudos e análises deste trabalho.
No capítulo 3 é descrita a proposta de desenvolvimento deste trabalho de conclusão de
curso.
O quarto capítulo desenvolve os estudos de caso através da parametrização e análise
dos dados coletados, seguida das alterações necessárias para a melhoria do desempenho e
19
estabilidade da conexão estudada usando as normas vigentes e técnicas sugeridas pelos
autores consultados e citados no capítulo 2.
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Por fim, o quinto capítulo apresentará uma análise conclusiva segundo os resultados
alcançados com a aplicação das normas vigentes e técnicas sugeridas aos cenários estudados.
20
2
REVISÃO DE LITERATURA
No mundo atual, presencia-se o surgimento de empresas que dependem de conexão à
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internet para sobreviver, seja para verificar e-mails, emitir notas fiscais, ou mesmo para se
manter disponível em softwares de comunicação instantânea.
Esta realidade se amplia a cada dia que passa e também se faz presente nas redes
locais destas empresas. O exemplo mais clássico é o de um servidor com sistema de notas
fiscais eletrônicas que executam em um Data Center na sede da empresa, e, é também
acessado em um ponto de distribuição, localizado a dezenas de quilômetros, para a geração e
impressão de notas. Tudo dentro de uma rede local, sem a necessidade de uma conexão de
internet, o que traria inclusive, a necessidade de se pensar mais fortemente em questões de
segurança.
Poder-se-ia projetar esta rede com fibra óptica, porém o custo, devido às distâncias
elevadas, na maioria das vezes inviabilizaria financeiramente este tipo de implantação.
A solução são as redes sem fio. Estas tem um custo muito acessível pela fácil
construção de equipamentos usados em sua implantação, podem percorrer longas distâncias e
penetrar facilmente nos prédios e, portanto, são amplamente usadas para comunicação, tanto
em ambiente fechado como em ambientes abertos (TANENBAUM, 1997).
Esta ampla cobertura e mobilidade pode ser atingida usando redes sem fio, porém há
problemas complicados de contornar quanto à implantação, funcionamento e manutenção.
Segundo Tanenbaum (1997), uma das fontes de problema é a interferência entre os
usuários. Uma forma de controlar e amenizar este problema é o licenciamento do espectro
(frequências). No Brasil, este é feito pela ANATEL e em outros países por seus respectivos
órgãos competentes.
Para se construir e manter uma rede sem fio que atendam as necessidades para as quais
foi implantada, a interferência é apenas um dos vários fatores a observar. A seguir serão
fundamentados teoricamente todos os assuntos que, de alguma forma, contribuem para o bom
ou para o mau funcionamento de uma rede sem fio. Os itens que não estão diretamente
ligados ao escopo do trabalho serão citados de forma sucinta.
2.1 Redes de computadores
Como Tanenbaum (1997) cita, entende-se por rede de computadores um conjunto de
computadores interconectados por uma única tecnologia. Atualmente, as redes de
computadores são usadas em quase todo local que possui um ou mais computadores.
21
Nas empresas as redes de computadores são usadas para compartilhar recursos,
programas, equipamentos e, principalmente, dados, de modo que os mesmos estejam
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disponíveis aos usuários, independente da localização física dos recursos e dos usuários.
Já nas residências, os computadores foram introduzidos para processamento de texto e
jogos, porém hoje esta aplicação se estendeu radicalmente para outras finalidades como o
acesso de informações remotas, comunicação entre pessoas, entretenimento interativo e
comércio eletrônico (TANENBAUM, 1997). Todas estas novas aplicações para um
computador doméstico utilizam redes de computadores e todas tendem a se expandir ainda
mais.
Para suprir a necessidade de interconectar estas redes de computadores, sejam elas
domésticas ou empresariais, foram definidos dois modelos de referência: modelo de
referência OSI (Open Systems Interconecction) e modelo de referência TCP/IP (Transmission
Control Protocol/Internet Protocol). Ambos serão abordados e comparados a seguir.
2.1.1 Modelo de referência OSI
O modelo de referência OSI é assim nomeado porque trata da interconexão de
sistemas que estão abertos à comunicação com outros sistemas. Foi proposto pela ISO
(International Standards Organization) com o intuito de dar o primeiro passo na direção de
padronizar os protocolos empregados nas diversas camadas (TANENBAUM, 1997).
Entretanto, é um modelo pouco utilizado na prática, emprega-se o mesmo principalmente para
fins didáticos já que é muito completo.
Por não especificar os serviços e protocolos exatos a serem usados em cada camada, o
modelo OSI propriamente dito não é uma arquitetura de rede, ele apenas informa o que cada
camada deve fazer. No entanto, a ISO também produziu padrões para todas as camadas, mas
estes não fazem parte do próprio modelo de referência. Cada um foi publicado como um
padrão internacional distinto (TANENBAUM, 1997).
No modelo de referência OSI, ou simplesmente modelo OSI, as redes sem fio se
diferem das demais apenas nas camadas de baixo nível (1 e 2), ou seja, camada física e
camada de tipo de acesso ao meio físico ou enlace. É possível utilizar qualquer protocolo de
outro nível (3, 4, 5, 6 ou 7) tanto em uma rede sem fios Wi-Fi, como numa rede Ethernet sem
qualquer alteração.
A seguir, uma breve descrição das sete camadas do modelo OSI, segundo Tanenbaum
(1997) e Torres (2001).
22
2.1.1.1 Camada 7 - Aplicação
Esta camada faz a interface entre os aplicativos que irão trafegar na rede e os
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protocolos de comunicação. Cada aplicação se comunica com os protocolos e o usuário,
através dos programas que utilizam a rede como, por exemplo, o navegador de internet, o
leitor de e-mails, o mensageiro instantâneo e vários outros. É a responsável por levar para a
próxima camada os comandos que o usuário deu ao programa.
2.1.1.2 Camada 6 - Apresentação
Também chamada de camada de tradução, a camada de apresentação converte o
formato de dados recebido da camada de aplicação para um formato entendido pelo protocolo
usado. Além disso, é usada para compressão e criptografia de dados na camada de
apresentação. Neste caso, os dados compactados ou criptografados na camada de apresentação
do emissor devem sofrer o processo inverso na mesma camada do receptor. Nesta camada se
situam os tipos de arquivo (PNG, HTML, AVI e todos os demais).
2.1.1.3 Camada 5 - Sessão
A camada de sessão permite que haja controle de falhas entre duas aplicações em
computadores diferentes que tenham estabelecido uma sessão de comunicação. Nesta camada
é definida a forma como será feita a transmissão e marcação dos dados. Se a comunicação
falhar os computadores reiniciam a transmissão a partir da última marcação recebida com
sucesso.
2.1.1.4 Camada 4 - Transporte
A camada de transporte é responsável, no transmissor, pela fragmentação dos dados
nos pacotes que serão encaminhados à camada de rede. Já no receptor, a camada de transporte
é responsável por fazer o inverso, ou seja, reagrupar os pacotes remontando os dados originais
para encaminhar à camada de sessão. Esta camada também é responsável por controlar o
fluxo de dados, ordenando os pacotes que chegarem fora de ordem e corrigindo eventuais
erros através do envio de uma informação de reconhecimento de pacotes recebidos com
sucesso (acknowledge). A camada de transporte faz a ligação entre as camadas de aplicação (5
a 7) e as de nível físico (1 a 3) .
23
2.1.1.5 Camada 3 - Rede
Esta camada faz o endereçamento dos pacotes, convertendo endereços lógicos em
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endereços físicos. Também é fundamental para o roteamento em redes onde há mais de um
caminho para o pacote trafegar da origem ao destino, determinando a rota que os pacotes irão
seguir, baseando-se em fatores como condições de tráfego de rede e prioridades.
2.1.1.6 Camada 2 - Enlace
Também conhecida como camada de ligação de dados, encaminha os pacotes
recebidos na camada de rede e os converte em quadros que serão trafegados pela rede (o
quadro é encaminhado à camada física). São adicionadas informações como o endereço da
placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle, os dados
propriamente ditos e o CRC (Cyclic Redundancy Check). O CRC serve para verificar a
integridade do quadro. Caso o mesmo não esteja íntegro ou não tenha sido recebido o
acknowledge, o quadro é retransmitido. A camada de enlace do receptor faz o inverso,
converte os quadros recebidos da camada física em pacotes para a camada de rede.
2.1.1.7 Camada 1 - Física
A camada física converte os dados recebidos da camada de enlace em sinais
compatíveis com o meio onde serão transmitidos (cabo de cobre, fibra óptica). Ela especifica
como os bits (0 e 1) serão transmitidos para o meio físico. O papel desta camada é
desempenhado pela placa de rede do dispositivo conectado. É importante ressaltar que ela não
inclui o meio onde os dados circulam (como por exemplo, cabo de rede, fibra óptica e ar).
2.1.2 Modelo de referência TCP/IP
Ao contrário do modelo OSI, o modelo de referência TCP/IP é comumente usado em
computadores de todos os portes, impressoras, câmeras IP, telefones IP, smart phones e,
atualmente, em quase todo dispositivo que use comunicação de rede sendo inclusive o padrão
adotado pela Internet. O modelo TCP/IP não será descrito em detalhes por ser muito parecido
com o modelo OSI diferindo-se apenas por ter menos camadas e por ter a definição de
protocolos para algumas de suas camadas (TANENBAUM, 1997; TORRES, 2001).
24
2.1.2.1 Camada 4 – Aplicação
O modelo TCP/IP não tem as camadas de apresentação e nem a camada de sessão que
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existem no modelo OSI. Isso se deve ao fato de não se perceber nenhuma necessidade real de
uso destas camadas.
No nível mais alto do modelo TCP/IP está a camada de aplicação que engloba todos
os protocolos de terminal virtual (TELNET), de transferência de arquivos (FTP) e de correio
eletrônico (SMTP). Com o passar dos anos foram incluídos novos protocolos como DNS e
HTTP.
2.1.2.2 Camada 3 – Transporte
No modelo TCP/IP a camada de transporte é definida da mesma forma que no modelo
OSI, porém são definidos, adicionalmente, dois protocolos: TCP e UDP (User Datagram
Protocol). O protocolo TCP prioriza a garantia de entrega dos pacotes através de mecanismos
de controle. Já o UDP prioriza a latência e a velocidade em detrimento da garantia de entrega.
2.1.2.3 Camada 2 – Inter-redes
A camada de inter-redes é responsável por permitir que os pacotes trafeguem através
das redes disponíveis e cheguem a seus destinos. Não há nenhum controle, nem mesmo de
fluxo de dados, o que quer dizer que se os pacotes chegarem desordenados ao destino, as
camadas superiores é que tem a incumbência de reordená-los.
2.1.2.4 Camada 1 – Host/Rede
O modelo TCP/IP não especifica nenhuma ação exata para a camada host/rede, porém
é definido que o host tem de conectar a rede usando algum protocolo que possibilite a
transmissão de pacotes IP. Este protocolo varia de host para host e de rede para rede. O
mesmo é raramente descrito em livros e documentações.
2.2 Redes de computadores sem fio (IEEE 802.11)
Embora uma rede sem fio (wireless) possa enquadrar tecnologias de conexão como:
Satélite, Bluetooth, RONJA, WiMAX e Infra-vermelho, este trabalho se focará em redes
wireless do tipo Wi-Fi (contração de Wireless Fidelity) que, além de um custo inferior de
25
implantação, possuem maior flexibilidade de acesso aos clientes da rede e fácil aquisição de
equipamentos.
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Tecnologias wireless normalmente são mais convenientes, porém não são perfeitas.
Existem limitações quanto a dificuldades políticas e técnicas que podem impedir as
tecnologias sem fio de atingir seu pleno potencial. Duas questões importantes neste quesito
são normas incompatíveis e limitações dos dispositivos. Além disso, um dispositivo sem fio,
individualmente instalado, provavelmente não será capaz de satisfazer todas as necessidades.
O potencial das tecnologias sem fio pode ser atingido com a integração de vários dispositivos
em um ambiente, podendo, assim, satisfazer as mais variadas necessidades (STALLINGS,
2005). Para resolver questões como a incompatibilidade entre fabricantes, a IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers) lançou o padrão IEEE 802.11.
Segundo Flickenger et al. (2007), atualmente a principal tecnologia usada para a
construção de redes sem fio de baixo custo é a descrita nos padrões IEEE 802.11 (ISO/IEC
8802-11), também conhecida entre muitos como Wi-Fi.
Mundialmente populares, as conexões wireless são aprimoradas de acordo com a
necessidade de cada segmento ao qual são aplicadas e continuam fazendo sucesso no
mercado.
Este sucesso se deve a adoção, por parte dos fabricantes, dos padrões IEEE 802.11.
Com estes padrões os fabricantes de todo o mundo conseguiram construir equipamentos
altamente inter-operáveis, ou seja, compatíveis entre si. Se os fabricantes optassem por
implantar cada um o seu protocolo proprietário, as redes sem fio não seriam tão baratas e
ubíquas como são atualmente (FLICKENGER et al., 2007).
A difusão das redes Wi-Fi é tão grande que padrões que deveriam suceder o IEEE
802.11, como o IEEE 802.16, custam a ganhar espaço no mercado. Soma-se a isto o fato de os
fabricantes de equipamentos IEEE 802.16 (WiMAX) ainda não seguirem totalmente as normas
do padrão, ao contrário do que acontece com o IEEE 802.11.
Embora resolvam alguns problemas atualmente observados no IEEE 802.11, padrões
como o IEEE 802.16 ainda têm um longo caminho a percorrer até que alcancem os pontos de
popularidade e preço dos equipamentos IEEE 802.11 (FLICKENGER et al., 2007).
A nível operacional, o padrão IEEE 802.11 define a camada 1 (física) e parte da
camada 2 (enlace) do modelo OSI para as redes Wi-Fi. A transmissão de dados neste tipo de
rede se difere das outras justamente nestas camadas. Tudo o que for relativo a outras camadas
não tem qualquer diferença para outros tipos de rede como, por exemplo, redes Ethernet
(IEEE 802.3) ou WiMAX (IEEE 802.16).
26
Em uma rede IEEE 802.11 a camada de enlace é dividida em duas subcamadas: LLC e
MAC, sendo que a primeira é definida pela norma IEEE 802.2, não fazendo parte da norma
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IEEE 802.11. Em seguida, as mesmas são descritas.
2.2.1 Subcamada de controle de enlace lógico
A subcamada de Controle de Enlace Lógico ou Logical Link Control (LLC), que é
definida pelo padrão IEEE 802.2, é a metade superior da camada de enlace do modelo OSI
para redes Wi-Fi e tem a função de ocultar as diferenças entre os diversos tipos de redes IEEE
802 fornecendo um único formato e uma única interface com a camada de rede.
Para executar essa tarefa, a subcamada LLC do transmissor divide os dados de entrada
em quadros de dados, marcando-os com um número de sequência e confirmação e, em
seguida, os transmite em sequência. Desta forma é possível fazer o controle de erros e de
fluxo de dados, garantindo que os pacotes encaminhados a camada de rede são confiáveis e
estão ordenados.
É importante reforçar que a subcamada de controle de enlace lógico não faz parte das
normas IEEE 802.11, como já foi mencionado no item acima, e sim da norma IEEE 802.2.
2.2.2 Subcamada de controle de acesso ao meio
A subcamada de controle de acesso ao meio wireless ou Distributed Foundation
Wireless Medium Access Control (DFW-MAC) é a subcamada inferior da camada de enlace
do modelo OSI. Ela suporta dois métodos de acesso: um método distribuído básico (DCF),
que é obrigatório; e um método centralizado (PCF), que é opcional. O método distribuído
básico é o que forma a base sobre a qual é construído o método centralizado.
A subcamada de controle de acesso ao meio também trata do roaming (estações que
trocam de uma célula de acesso para outra de forma transparente) e de estações perdidas
(hidden node), porém estas não serão detalhadas por não se enquadrarem ao escopo deste
trabalho.
Os dois métodos, que também podem ser chamados de funções de coordenação
(Coordination Functions), são usados para dar suporte à transmissão de tráfego assíncrono ou
tráfego com retardo limitado (time bounded), ou seja, decidem se uma estação tem permissão
para transmitir ou não (SOARES, 1995).
27
2.2.2.1 Função de coordenação distribuída
No Distributed Coordination Functions (DCF) a decisão de poder ou não transmitir é
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realizada individualmente pelos pontos da rede, podendo haver colisões na transmissão.
A função DCF também é conhecida como Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance (CSMA/CA). Ela trabalha de modo semelhante à função Carrier Sense Multiple
Access/Collision Detection (CSMA/CD) da tecnologia de rede Ethernet (IEEE 802.3), a
diferença está no fato de o protocolo CSMA/CD do Ethernet controlar as colisões quando elas
ocorrem, enquanto que o protocolo CSMA/CA do padrão IEEE 802.11 tenta evitar que as
colisões aconteçam.
O protocolo CSMA/CA não garante a entrega correta dos quadros, já que podem
ocorrer colisões. Para verificar se um quadro transmitido foi recebido, a estação de destino
envia um aviso de recebimento (ACK) à estação de origem, caso esse aviso não chegue no
tempo considerado, a estação de origem realiza novamente a transmissão do quadro após
aguardar um tempo que é definido pelo algoritmo de Back-off (SOARES, 1995).
2.2.2.2 Função de coordenação centralizado (PCF)
O Point Coordination Functions (PCF) é uma função opcional e é construída sobre
uma função de coordenação distribuída (DCF) para transmissões de quadros assíncronos. É
implantada através de um mecanismo de acesso ordenado ao meio que suporta a transmissão
de tráfego com retardo limitado ou assíncrono. Para a integração da função pontual com a
distribuída, o tempo é dividido em períodos denominados superquadros, e a função pontual
assume o controle da transmissão para evitar a ocorrência de colisões. Os superquadros
consistem em dois intervalos de tempo consecutivos. No primeiro tempo, controlado pela
PCF, o acesso é ordenado, o que evita a ocorrência de colisões. Já no segundo tempo,
controlado pela DCF, o acesso baseia-se na disputa pela posse do meio, podendo ocorrer
colisões (SOARES, 1995).
2.2.3 Técnicas de transmissão
A norma IEEE 802.11 define, para a camada física do modelo OSI, a modulação das
ondas radioelétricas e as características da sinalização para a transmissão de dados. Ela
propõe tipos diferentes de codificação da informação, definindo modos de transmissão
alternativos.
28
Estes métodos de transmissão utilizam uma faixa de frequências ao invés de apenas
uma frequência, e esta faixa de frequência é dividida em canais (TORRES, 2001).
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Embora existam outros, serão descritos nos próximos itens apenas os três métodos de
transmissão mais importantes para este trabalho: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum),
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) e OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing).
2.2.3.1 FHSS
O FHSS é um método de transmissão que utiliza uma sequência aleatória de
frequências para transmitir dados, ou seja, a portadora transmite em uma frequência
(subcanal) por um período de tempo e então pula aleatoriamente para outra frequência. Cada
subcanal é usado por um breve espaço de tempo e, em média, todos os subcanais são
igualmente utilizados. O FHSS é menos sensível a interferências devido à constante troca de
frequência.
A taxa de dados especificada pelo IEEE 802.11 é de 1Mbps e 2Mbps.
A exemplo das demais técnicas de transmissão o FHSS é resistente a ruídos
(interferências), porém não imune. Se houver interferência sobre uma determinada frequência
ela fica ilegível e é retransmitida, porém o restante das frequências do canal não é
prejudicado. Na prática, um sinal interferente ocuparia vários MHz, mas como o FHSS tem
largura de banda maior que 83 MHz, um sinal interferente seria incapaz de causar uma
degradação muito significativa do sinal.
2.2.3.2 DSSS
O DSSS é o método de envio de dados em que os sistemas de transmissão e recepção
são ambos um set de frequências de 22 MHz. Ela é a tecnologia de espelhamento mais
conhecida e mais usada.
O método combina um sinal de dados na transmissão com uma alta taxa de sequência
de transmissão, conhecida como chipping code ou ganho de processamento. Quanto maior for
o ganho de processamento, maior será a resistência a interferências. O processo começa com a
portadora, que é de 1 MHz, sendo modulada com uma sequência de código. O número de
chips no código irá determinar como ocorrerá o espalhamento, e o número de chips por bit e
velocidade da codificação em chips por segundo, irá determinar qual será a taxa de
transferência de dados. Em resumo, o DSSS usa uma definição de canais mais convencional.
29
Cada canal é uma banda contígua de frequências com largura de 22 MHz e portadoras de 1
MHz.
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As taxas de transferência do DSSS são de 1 Mbps, 2 Mbps, 5,5 Mbps, e 11 Mbps.
Em comparação aos sistemas FHSS, os sistemas DSSS são mais suscetíveis a
interferências em virtude da sua pequena largura de banda (22 MHz ao invés dos 79 MHz do
FHSS) e pelo fato da informação ser transmitida ao longo da banda inteira simultaneamente,
ao invés de uma frequência em um dado momento. Justo pela diferença no modo de operação,
o DSSS é incompatível com o FHSS.
2.2.3.3 OFDM
Para resolver o problema de permeabilidade da modulação DSSS, que é suscetível a
obstáculos como móveis e paredes, foi desenvolvida a técnica de multiplexação por divisão de
frequência ortogonal (OFDM). Para transmitir uma grande quantidade de dados por canal, o
OFDM divide o canal de transmissão em vários sub-canais, cada um deles com uma onda
portadora independente. A implantação do OFDM também é conhecida como coded OFDM
(COFDM). Nela a portadora de alta velocidade é dividida em várias portadoras de
velocidades menores e todas transmitem ao mesmo tempo. Cada portadora de alta velocidade
tem 20 MHz e possui 52 sub-canais, cada um com aproximadamente 300 kHz. Quatro dos 52
sub-canais são usados para a correção de erros e manter a coerência do sinal.
As taxas de transferência do OFDM são de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbps.
O OFDM se adapta facilmente a diversos ambientes, principalmente pela sua
característica de reflexibilidade, daí o seu sucesso no mundo Wi-Fi indoor.
2.2.4 Famílias IEEE 802.11
Nos dias de hoje, as três variantes dos padrões Wi-Fi (IEEE 802.11) mais utilizados
nas empresas são: IEEE 802.11a, IEEE 802.11b e IEEE 802.11g.
Há um quarto padrão importante, o IEEE 802.11n, que embora tenha se mostrado
atrativo, ainda não tem um papel significativo no mercado até o momento que este trabalho
está sendo escrito. Mais adiante, os motivos dessa demora na adoção do padrão pelo mercado
é esclarecido.
A seguir são detalhados os padrões IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g e
IEEE 802.11n. Por não se enquadrarem ao escopo deste trabalho, os outros padrões da família
IEEE 802.11 não serão citados.
30
Devido à ubiquidade dos equipamentos e a inexistência da necessidade de licenças da
banda ISM (Industrial, Scientific and Medical), que opera na faixa de 2,4 GHz, e U-NII, que
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opera em três faixas na casa dos 5 GHz (FLICKENGER et al., 2007), conforme a legislação
regida pela ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações), este trabalho de conclusão
de curso concentrar-se-á na abordagem às redes que usam os protocolos IEEE 802.11a, IEEE
802.11b e IEEE 802.11g.
2.2.4.1 IEEE 802.11a
O padrão IEEE 802.11a tem várias vantagens sobre os padrões IEEE 802.11b e IEEE
802.11g. Entre eles pode-se citar o fato das bandas U-NII possuírem quatro canais nãosobrepostos em cada faixa de banda, totalizando 12 canais não sobrepostos contra três canais
não-sobrepostos nos padrões IEEE 802.11a e IEEE 802.11b. Outra vantagem é a taxa de
transmissão de dados de 54 Mbps que se iguala a taxa do IEEE 802.11g e é quase cinco vezes
maior que a do IEEE 802.11b (11 Mbps). Para completar a lista de vantagens do IEEE
802.11a, o espectro do mesmo se localiza na faixa dos 5 GHz (entre 5,15 e 5,825 GHz), ou
seja, é diferente da faixa de 2,4 GHz dos padrões IEEE 802.11b e IEEE 802.11g e portanto
não sofre com interferências advindas destes padrões (STALLINGS, 2005).
Esta última vantagem, por outro lado, também é uma desvantagem já que o uso de
uma frequência diferente o torna incompatível com os padrões IEEE 802.11b e IEEE 802.11g.
Além disso, o fato de usar uma frequência mais alta implica em um alcance menor para a
mesma potência, quando comparado aos outros dois padrões já citados.
Apesar da taxa de transmissão de até 54 Mbps, como é de costume em conexões Wi-fi,
na realidade atinge apenas parte desta taxa, em torno de 27 Mbps (FLICKENGER et al.,
2007).
O IEEE 802.11a foi ratificado em 16 de setembro de 1999 (FLICKENGER et al.,
2007) e utiliza multiplexação por divisão de frequência ortogonal (em inglês OFDM) e pode
ser modulado usando BPSK, QPSK, 16-QAM, ou 64-QAM. Soma-se ainda, a codificação
convolucional a taxa de 1/2, 2/3 e 3/4, que prevê a correção de erros de transmissão. A
combinação da técnica de modulação com a taxa de codificação resulta da taxa de transmissão
de dados (STALLINGS, 2005).
31
2.2.4.2 IEEE 802.11b
O IEEE 802.11b foi ratificado no mesmo dia do seu irmão IEEE 802.11a, 16 de
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setembro de 1999.
Ele ocupa uma porção da banda ISM entre 2,402 e 2,495 GHz. Por usar modulação
DSSS, transmite até 11 Mbps de dados, com uma taxa de transmissão real de cerca de 5 Mbps
(FLICKENGER et al., 2007).
O IEEE 802.11b possui dois formatos de quadros na camada física. Eles se diferem
um do outro apenas no tamanho do preâmbulo. O preâmbulo permite que o receptor adquira
um sinal de entrada e sincronize o demodulador de sinal.
O preâmbulo longo tem 144 bits e é o mesmo utilizado no DSSS original. Ele permite
a interoperabilidade com outros sistemas antigos. Já o preâmbulo curto é composto por 72 bits
e proporciona maior eficiência na transmissão por ser menor (STALLINGS, 2005).
2.2.4.3 IEEE 802.11g
O padrão IEEE 802.11g é uma evolução do IEEE 802.11b ratificada em 2003. Por
implantar, entre outros, o esquema de modulação OFDM, atinge taxas de transmissão de até
54 Mbps, com uma utilização real aproximada de 22 Mbps (FLICKENGER et al., 2007).
Possui uma ampla gama de modulações e taxas de transmissão de dados.
Opera na faixa ISM entre 2,400 e 2,495 GHz (FLICKENGER et al., 2007), assim
como o IEEE 802.11b, de modo a ser retro-compatível. Quando um dispositivo se vale desta
compatibilidade, a conexão atingirá a menor taxa entre eles, ou seja, a taxa do dispositivo que
estiver utilizando o padrão IEEE 802.11b. Para fornecer esta compatibilidade, o IEEE
802.11g, especifica a mesma modulação e enquadramento que o IEEE 802.11b nas normas
para 1, 2, 5,5 e 11 Mbps (STALLINGS, 2005).
Em taxas de dados de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbps, o IEEE 802.11g adota o
esquema de modulação OFDM usado no padrão IEEE 802.11a, porém adaptado para a taxa
de 2,4 GHz. Esta implantação do OFDM é conhecida pelo nome de ERP-OFDM (Extended
Rate Physical layer – Orthogonal Frequency Division Multiplexing) (STALLINGS, 2005).
2.2.4.4 IEEE 802.11n
O padrão IEEE 802.11n chegou prometendo várias melhorias com relação à latência,
alcance e à confiabilidade de transmissão, porém, na prática não há disponibilidade total
destas melhorias em todos os equipamentos fabricados.
32
A solução implantada pelo padrão IEEE 802.11n baseia-se na melhoria de algoritmos
de transmissão e no MIMO (Multiple Input – Multiple Output) que permite que o dispositivo
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utilize vários fluxos de dados, através do uso de conjuntos de transmissores, receptores e
antenas, transmitindo os dados de forma paralela.
Os arranjos possíveis de transmissores e receptores são: 2x2 usando duas antenas, 2x3
usando três antenas, 3x3 também usando três antenas ou 4x4 usando quatro antenas.
Para atingir taxas de transmissão de dados de até 600 Mbps nominal e 288,8 Mbps real
(72,2 Mbps por fluxo de dados em 20 MHz) o padrão combinou várias melhorias. A primeira
delas é a redução do intervalo entre as transmissões, seguido da utilização dos quatro subcanais para correção de erros do OFDM para transmissão.
Para resolver o problema de gerar interferência mútua na utilização de vários fluxos de
dados (no máximo quatro fluxos, porém normalmente utilizam-se dois para redução de custo
na produção do dispositivo) usando o mesmo canal, o MIMO tira proveito de algoritmos
sofisticados que calculam a reflexão de sinal nas diferentes antenas do dispositivo,
possibilitando a identificação de cada fluxo pelo fato de o sinal ter percorrido caminhos
diferentes, já que se originou em antenas diferentes. Este recurso é chamado de Spatial
Multiplexing.
O IEEE 802.11n é retro-compatível com os padrões IEEE 802.11a, IEEE 802.11b e
IEEE 802.11g, e utiliza, portanto, as faixas ISM (2,4 GHz) e U-NII (5 GHz). Além disso, ele
pode utilizar o sistema HT40 que ocupa uma faixa de 40 MHz para transmissão e transmite o
dobro de informações que o tradicional HT20 de 20 MHz.
Para atingir os 300 Mbps divulgados pelos fabricantes, consideram-se dois fluxos de
dados de 40 MHz, totalizando 288,8 Mbps que são arredondados para 300 Mbps
(MORIMOTO, 2007).
Embora prometam um aumento significativo de velocidade, alcance e confiabilidade,
alguns dos fabricantes de dispositivos IEEE 802.11n ainda não implantam totalmente o
padrão, ou implantam um dos muitos drafts (rascunhos) que o padrão possuiu antes de ser
ratificado em 11 de setembro de 2009. Infelizmente, estas implantações não funcionarão entre
equipamentos de diferentes fabricantes e a aquisição dos mesmos irá obrigar o comprador a
adquirir dispositivos de apenas um fornecedor específico para cada porção de sua rede, em
resumo, sua disponibilidade e interoperabilidade entre fabricantes ainda é uma incógnita.
Como já foi mencionado, devido à ubiquidade e compatibilidade dos dispositivos que
utilizam protocolos IEEE 802.11a, IEEE 802.11b e IEEE 802.11g, o padrão IEEE 802.11n
não será utilizado no desenvolvimento deste trabalho.
33
2.2.5 Topologia
Neste item se expõem as duas topologias mais comuns em redes Wi-fi: ponto-a-ponto
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e ponto-multiponto. Serão mostrados alguns pontos fortes e fracos de cada uma delas.
2.2.5.1 Ponto-a-ponto
A primeira topologia de rede Wi-fi é a ponto-a-ponto (point-to-point, ou ainda peer-topeer). Nesta topologia existe apenas a transmissão de dados de um ponto para o outro.
Atualmente, inúmeras empresas usam esta topologia para interligar prédios ou mesmo filiais
inteiras.
Uma rede ponto-a-ponto simples é de fácil gestão e sua grande vantagem está na
possibilidade de atingir longas distâncias com a utilização de dispositivos e, principalmente,
antenas corretas. Este trabalho de conclusão se focará neste tipo de topologia.
2.2.5.2 Ponto-multiponto
A topologia ponto-multiponto necessita de um ponto de acesso (AP – Access Point)
para ser caracterizada. Possibilita a extensão da rede Wi-fi com mais flexibilidade que a
topologia ponto-a-ponto. Nesta topologia existe um ponto de convergência, ou seja, um ponto
de acesso centralizado onde todos os clientes precisam se conectar.
Embora a centralização traga uma facilidade para controlar a rede, a grande
desvantagem da topologia ponto-multiponto é justamente centralizar o tráfego de dados,
criando um único ponto de falha e/ou um gargalo de rede. Hoje isto é contornável de maneira
simples empregando outros pontos de acesso e agregando tecnologias.
2.2.6 Arquitetura
Quanto à arquitetura, implantam-se redes padrão IEEE 802.11 de dois modos: o InfraEstruturado e o Ad-Hoc. Cada um tem vantagens e desvantagens, a sua aplicação depende do
ambiente e da situação em que serão implantadas.
Tanto na arquitetura infra-estruturada como na arquitetura Ad-Hoc, a rede provida pelo
equipamento precisa de um nome de identificação ou Identifier (ID). Este ID é chamado
tecnicamente de SSID (Service Set IDentifier) e é um valor único, alfa-numérico, sensível a
letras maiúsculas e minúsculas, e com comprimento que varia de 2 até 32 caracteres.
34
O SSID tem a finalidade de segmentar as redes
redes, provendo uma segurança rudimentar e
facilitando a associação dos
dos clientes a esta rede. Para um
m cliente se associar a uma determinada
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rede,, o mesmo deve estar configurado com o SSID correto especificado no Ponto de Acesso (PA)
ou Access Point (AP
AP). O SSID é enviado em vários tipos de frames,
frames, como por exemplo,
exemplo os
beacons. Em alguns casos o SSID pode estar oculto, mas isto não altera a sua responsabilidade
de identificar a rede a qual o cliente estará se conectando.
Outros dois identificadores presentes são o BSSID e o ESSID.. O BSSID (Basic
Basic Service Set
IDentifier
entifier) é um identificador
dentificador exclusivo de cada client
clientee (endereço MAC Ethernet)
Ethernet) em uma rede
sem fio. E o ESSID (Extended
(Extended Service Set IDentifier
IDentifier)) é um identificador
ificador exclusivo,
exclusivo aplicado
ao ponto de acesso e ao cliente da rede sem fio, e anexado a cada pacote. Ele permite que o
ponto de acesso reconheça cada cliente e seu tráfego.
tráfe
2.2.6.1 Ad-Hoc
Ad
Redes Ad-Hoc
Hoc ou MANET (Mobile
Mobile Ad-hoc
Ad
NET
ETwork) são redes móveis formadas por
um conjunto de nós móveis, autônomos e dinâmicos. As redes Ad--Hoc podem ser montadas
rapidamente e não
ão precisam de uma estrutura fixa. Nelas pode
pode--se
se adicionar ou remover
terminais sem comprometer o seu funcionamento. Uma vez que se pode adicionar e remover
nós a cada momento, a topologia da rede pode mudar a cada momento e sem aviso prévio.
Stallings (2005,
(2005 p. 430)) descreve que “quando
uando todas as estações do BSS são estaçõe
estações
móveis, sem nenhuma conexão com outros BSSs, o BSS é chamado de independent BSS
(IBSS).
). Um IBSS é tipicamente uma rede Ad--Hoc”.
Os nós se comunicam
comunicam diretamente uns com os outros sem a necessidade de um ponto
central (Ponto de Acesso). Cada ponto atua com
como
o roteador e também como host,
host, de modo que
todos os pontos participam da descoberta e manutenção das rotas entre os nós.
Estas redes também são conhecidas como IBSS (Independent
Independent Basic Service Set)
Set ou
redes não infra-estruturadas.
infra estruturadas. A figura 1 mostra um exemp
exemplo
lo de arquitetura Ad-Hoc.
Ad Hoc.
Figura 1 Arquitetura Ad-Hoc
Ad
35
2.2.6.2 Infra-estruturada
Infra estruturada
Redes infra-estruturadas
infra estruturadas são redes que necessitam de uma estrutura básica para operar,
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no caso das redes wireless,
wireless, um ponto de acesso. Este ponto de acesso centraliza o fluxo de
dados da rede, toda a comunicação passa por ele. Uma rede infra
infra-estruturada
estruturada pode ainda, ser
formada por mais de um ponto de acesso.
A figura 2 mostra o modelo de arquitetura infra
infra-estruturada
estruturada desenvolvido pelo grupo
de trabalho IEEE 802.11
02.11.
Figura 2 IEEE 802.11 Architecture
2.2.6.2.1 Básica (BSS
BSS)
Redes infra-estruturadas
infra estruturadas com um único ponto de acesso são consideradas
consideradas redes de
serviço básico ou IBSS (Infrastructure
Infrastructure Basic Service Set
Set),
), porém para evitar confusão como as
redes Ad--Hoc ou IBSS (Independent
Independent Basic Service Set
Set),
), é costume usar apenas BSS para se
referir a redes infra-estruturadas
infra estruturadas de serviço básico.
Stallings (2005,
(2005 p. 430)) descreve que “um bloco de uma LAN (Local
Local Area Network
Network)
sem fio é um Basic Service Set ((BSS),
), que consiste em um número de estações executando
executando o
mesmo protocolo MAC e competindo pelo acesso ao mesmo meio compartilhado sem fio”.
fio
Nesta modalidade de rede infra
infra-estruturada,
estruturada, como já foi citado, há apenas um ponto de
acesso central por onde, obrigatoriamente,
obrigatoriamente, passam todas as informações que trafegam pela
rede.
A figura 3 exemplifica uma rede infra
infra-estruturada
estruturada de serviço básico (BSS
(BSS).
Figura 3 Infra
nfra-estrutura
estrutura BSS
36
2.2.6.2.2 Estendida (ESS)
(
Quanto às redes wireless que usam mais de um
um ponto de acesso, a estrutura de rede é
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considerada estendida, ou ESS (Extendend
Extendend Service Set).
Set É formada por dois ou mais BSS
interligados por um sistema de distribuição
distribuição.. Não é necessário, embora nada impede,
impede, que todas
as redes BSS que compõem uma ESS, tenham o mesmo SSID. A ESS é exemplificada na
figura 4.
Figura 4 Infra
nfra-estrutura
estrutura ESS
2.2.6.2.3 Sistema de Distribuição ((DS)
O Sistema de Distribuição, ou DS ((Distribution
Distribution System),
System é responsável por
interconectar múltiplos BSSs.. Fornece os serviços que permitem o roaming entre os clientes e
os BSSs. É usado para
ara conectar um conjunto de BSSs e integrar LANs,
LANs, criando uma ESS.. Ele
pode variar entre uma rede cabeada ou uma rede sem fio (STALLINGS
STALLINGS, 2005).
Atualmente as implantações
impl ntações sem fi
fio chamadas
cha
Sistema de Distribuição Wireless (WDS
WDS
- Wireless Distribution System)
System) são tão comuns quanto DSs com cabos.
A figura 5 mostra a utilização de um sistema de distribuição sem fio (WDS
(WDS).
Figura 5 Wireless Distribution System (WDS
WDS)
2.2.6.2.4 Portal IEEE 802.x LAN
O serviço de integração (Portal IEEE 802.x LAN)
LAN) permite a transferência de dados
entre uma estação em uma BSS e uma estação de um sistema integrado IEEE 802.x LAN. O
37
termo se refere a uma rede LAN com fio que está fisicamente conectado ao DS.
DS. O serviço de
integração cuida de qualquer tradução de endereços e de lógica de conversão de mídia
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necessário para o intercâmbio de dados (conversão de meio físico ou roteamento).
roteamento)
Stallings (2005,
(2005 p. 431)) escreve que “para
“ ara integrar a arquitetura IEEE 802.11 com uma
LAN com fio tradicional, um portal é utilizado. A lógica do portal é impla
implantada em
m um
dispositivo, como uma bridge ou um roteador, que faz parte da LAN com fio e que está ligado
à DS”.
A figura 6 mostra a integração de uma LAN convencional a uma rede IEEE 802.11
através do uso de um portal.
Figura 6 Portal de Integração IEEE 802.x LAN
2.2.7 Classificação quanto à abrangência
As redes de computadores são comumente classificadas por abrangência geográfica:
PAN, LAN,
LAN MAN e WAN.
WAN. Como já foi mencionado, neste trabalho trata apenas de redes
redes sem
fio, neste caso, encontra-se
encontra o prefixo W (Wireless) para descrever estas redes (WPAN
(WPAN, WLA
WLAN,
WMAN e WWAN).
A figura 7 define as classificações das redes supracitadas por abrangência.
abrangência
Figura 7 Classificação de rede por áárea
rea de abrangência
38
2.2.7.1 WPAN
Wireless Personal Area Network ((W
WPAN), ou Rede Wireless de Área Pessoal,
Pessoal, define
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uma área de abrangência de poucos metros onde dispositivos próximos se conectam,
normalmente uma rede doméstica. Como exemplo, um computador conectado a uma
impressora, um Pocket PC,
PC, ou mesmo um telefone celular, normalmente usando tecnologias
como Bluetooth (IEEE
IEEE 802.15). Na figura 8 é demonstrado um exemplo de rede WPAN.
Figura 8 Rede WPAN
2.2.7.2 WLAN
Wireless Local Area Network ((WLAN)
LAN),, ou Rede Wireless de Área Local, define uma
área de abrangência de poucos quilômetros onde computadores pessoais, estações de trabalho
e dispositivos diversos (impressoras, scanners e equipamentos como ponto eletrônico,
balanças, catracas) se conectam e provêem compartilhamento de recursos e informações.
Redes WLAN,
WLAN, normalmente, se restringem a um prédio, empresa (ou filial dela) ou campus. A
figura 9 exemplifica uma
um rede WLAN
WLAN.
Figura 9 Rede WLAN
39
2.2.7.3 WMAN
Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) ou Rede Wireless de Área
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Metropolitana, são redes definidas por uma área de abrangência de até 100 km e costumam
interligar redes LAN ou WLAN. Podem ser públicas ou privadas e são caracterizadas por ser
mais simples em comparação a outras arquiteturas. Nelas não existem elementos de interação
como usuários, computadores ou estações, somente interligação entre redes distantes
geograficamente.
Na figura 10 é demonstrado o diagrama de uma rede WMAN.
Figura 10 Rede WMAN
Fisicamente, as redes MAN costumam ser implantadas usando fibra óptica ou, no caso
das WMAN, usando conexão wireless.
O termo metropolitana se refere ao fato de, normalmente, as redes MAN não se
limitarem geograficamente a uma única cidade e sim a uma região englobando algumas
cidades, embora isso não impeça de haver uma MAN limitada a uma única cidade.
Um exemplo de MAN é a rede de televisão a cabo disponível em muitas cidades. Esse
sistema se destacou porque resolve o problema de fraca recepção do sinal de televisão pelo ar
(TANENBAUM, 1997). Embora tenha sido uma das primeiras soluções usando MANs, a
televisão a cabo não é a única. O acesso à Internet de alta velocidade utilizando redes sem fio
e a interligação de filiais de empresas de médio à grande porte, resultaram em outras MANs
(TANENBAUM, 1997).
Atualmente, as principais implantações de redes WMAN se localizam em empresas que
costumam implantá-las para interconectar suas filiais, eliminando assim a necessidade de
conexão de Internet individual e servidores específicos em cada filial.
Empresas implantam MANs com o objetivo de fornecer a capacidade necessária com
eficiência e menor custo do que a contratação de um serviço que seja equivalente, disponível
em uma companhia de telefonia local (STALLINGS, 2005).
40
Quanto à largura de banda, as redes WMANs tendem a suportar conexões de alto
desempenho de modo a não prejudicar o desempenho dos equipamentos que estejam
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conectados a uma WMAN através de uma rede local ((LAN
LAN), entretanto,
tanto, na maioria das vezes
uma rede WMAN não funciona bem devido a pr
problemas
oblemas de implantação do meio físico. Estes
problemas são o foco deste trabalho, onde falaremos especificamente sobre redes WMAN.
2.2.7.4 WWAN
Wireless Wide Area Network ((WWAN)
WAN),, ou Rede Wireless de Longa Distância,
Distância, tem
abrangência de mais de 100 km e costumam ser usadas por provedores de acesso a internet ou
operadoras de telecomunicações (fornecedores de backbones).
backbones). Uma rede WAN pode ser
intercontinental, integra computadores de localizações geográficas muito distantes. Um
exemplo de rede WAN são os backbones de acesso à internet de companhias de
telecomunicação como Embratel, Oi Telecom e GVT. A figura 11
1 demonstra uma rede
WWAN.
Figura 11 Rede WWAN
AN
2.2.8 Normatização
ormatização e padronização
A utilização de dispositivos Wi-fi segue normas que variam de acordo com cada país.
Nos Estados Unidos, a FCC (Federal
Federal Communications Commission)
Commission é a organização
responsável pela criação de leis para regulamentação, enquanto o IEEE (Institute
Institute of Electrical
and Electronics Engineers)
Engineers) define padrões que se enquadrem nas leis criadas pelo FCC.. Na
Europa a padronização dos equipamentos é de responsabilidade do
d ETSI (European
European
Telecommunications Standards Institute
Institute). Já no Japão, a MKK (Kensa
Kensa-kentei
kentei Kyokai)
Kyokai é o
órgão encarregado.
A ANATEL (Agência Nacional das Telecomunicações) é o organismo responsável
responsável por
definir as normas e leis no Brasil, incluindo o licenciamento de frequências restritas.
restritas
41
Outra organização é a WECA (Wireless Ethernet Compatibity Alliance). Ela é
responsável pela certificação Wireless Fidelity, ou simplesmente Wi-fi que garante a
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interoperabilidade entre os diferentes fabricantes (BATTISTI, 2011).
2.2.9 Teoria de ondas
Para construir links Wi-fi estáveis e com bom desempenho é importante entender como
as ondas irradiadas se comportam na prática. Nos itens a seguir, a teoria necessária para este
entendimento será mostrada.
Dá-se o nome de onda a uma oscilação periódica com certo número de ciclos por
unidade de tempo. Uma onda possui certa velocidade, frequência e comprimento de onda.
Representam-se estas propriedades pela relação simples:
(1)
O comprimento de onda (lambda, λ) é medido em metros (m) e pode ser definido
como a distância medida de um ponto em uma onda até a parte equivalente da onda seguinte.
A frequência pode-se medir em Hertz (Hz) e é o número de ondas completas que passam por
um determinado ponto fixo no período de um segundo. A velocidade é medida em metros por
segundo (m/s).
Outra propriedade das ondas é a amplitude que é a distância entre o centro da onda e o
extremo de um de seus picos. A figura 12 mostra a relação entre comprimento de onda,
frequência e amplitude.
Figura 12 Comprimento de onda, amplitude e frequência (FLICKENGER et al., 2007, p. 10)
Para as conexões Wi-fi usam-se ondas eletromagnéticas. Este tipo de onda tem por
característica não precisar de nenhum meio de propagação, propagam-se mesmo no vácuo do
espaço. No caso das conexões Wi-fi, costuma-se dizer que as ondas eletromagnéticas usam o
ar como meio de propagação.
A frequência e o comprimento de onda determinam a maior parte do comportamento
de uma onda. Uma compreensão básica destes fundamentos auxilia muito nos trabalhos
práticos que envolvem conexões Wi-fi (FLICKENGER et al., 2007).
42
2.2.9.1 Espectro eletromagnético
Segundo Flickenger et al. (2007), ondas eletromagnéticas podem existir em infinitas
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variações de frequência. Esta variação de frequência é chamada de espectro eletromagnético.
Para as conexões Wi-fi, usam-se frequências classificadas como microondas (entre 1 e
300 GHz). As frequências mais usadas para Wi-fi possuem comprimento de onda de
aproximadamente 12,5 cm para frequências entre 2,400 e 2,495 GHz, e entre 5 e 6 cm para
frequências entre 5,150 e 5,850 GHz.
2.2.9.2 Comportamento das ondas de rádio
Há três regras simples que se mostram úteis no planejamento inicial de redes Wi-fi.
A primeira delas é que quanto maior o comprimento de onda, maior é o alcance do
sinal. Pode ser observado em rádios FM onde transmissores de frequências menores, por
exemplo, 93,3 MHz, atingem áreas maiores quando comparados a transmissores de
frequências maiores, como por exemplo 102,9 MHz, usando a mesma potência no
transmissor.
A segunda regra define que quanto maior o comprimento de onda, maior a facilidade
com que ela atravessa e contorna as coisas. Podemos visualizar esta regra através do exemplo
de uma onda na água que tenha a largura de 5 m e não será impedida por um pedaço de
madeira de 5 mm na superfície de um lago.
E por último, quanto menor o comprimento de onda, mais dados ela pode transportar.
Quanto menor for o comprimento da onda, menor será o tempo que ela leva para completar
um ciclo, como utilizamos um ciclo para transmitir um bit, quanto mais ciclos, mais bits
transmitidos (FLICKENGER et al., 2007).
2.2.9.3 Absorção
Ondas eletromagnéticas geralmente enfraquecem ou deixam de existir quando
penetram alguma coisa. O coeficiente de absorção é a propriedade que define o quanto elas
perdem de potência ao penetrar em um material. Tudo depende da frequência da onda e do
material que ela penetra.
Redes Wi-fi são classificadas como microondas e os principais materiais absorventes
para estes tipos de ondas são metal e água. Ambos podem ser considerados absorventes
perfeitos, ondas de rádio não são capazes de transpô-los. Nos metais as oscilações dos
elétrons absorvem a energia da onda, enquanto na água as microondas fazem com que as
43
moléculas se agitem, transformando a energia da onda em calor, este princípio é usado nos
fornos de microondas para aquecer e cozinhar alimentos, mas para redes Wi-fi é o fim da onda
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de rádio.
Fatores climáticos envolvendo água, como chuva, vapor, neblina, nuvens baixas, entre
outras, tem forte influência nas redes sem fio e podem causar a perda de conexão.
Além de metais e da água, outros materiais absorvem ondas de rádio.
A madeira é um deles e sua capacidade de absorção irá depender do quanto de água
ela contem. Madeiras velhas, mortas e secas são relativamente transparentes por não terem
água, mas uma madeira jovem e úmida, uma árvore, por exemplo, será bastante absorvente.
O plástico e seus similares não costumam ser absorventes, mas isto irá depender da
frequência e do tipo de plástico.
Por sua vez, é importante ressaltar que os seres humanos, assim os animais, são
compostos por aproximadamente 70% de água e tem grande capacidade de absorção. Logo,
projetar uma rede onde as conexões tenham de atravessar muitas pessoas é um grande erro
(FLICKENGER et al., 2007).
2.2.9.4 Reflexão
As ondas de rádio, assim como ocorre com a luz, refletem quando entram em contato
com materiais apropriados para isto. A exemplo da absorção, as principais fontes de material
refletor são metais e superfícies de água.
Na teoria a reflexão é definida de forma bem simples: o ângulo de incidência da onda
é sempre igual ao ângulo de reflexão. Em outras palavras, o ângulo em que uma onda atinge a
superfície é o mesmo em que ela é refletida. Antenas parabólicas usam esta propriedade para
concentrar as ondas de rádio que se chocam em sua superfície em uma direção focalizada,
seja para captação como para transmissão.
Relativo aos metais, observa-se que em um ambiente, seja ele interno ou externo,
normalmente há vários componentes metálicos de formas e tamanhos variados o que explica
porque o efeito de multi-caminhos (isto é, o sinal chegando até o seu alvo através de
caminhos diferentes e, conseqüentemente, em tempos diferentes) tem um papel tão importante
nas conexões Wi-fi.
Quanto a superfícies aquáticas, com ondas e oscilações mudando de formato a todo o
instante, podemos afirmar que são, praticamente, impossíveis de se calcular com precisão,
mesmo com uso de softwares avançados (FLICKENGER et al., 2007).
44
2.2.9.5 Difração
Por causa da difração, ondas eletromagnéticas dobram esquinas e atravessam aberturas
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em barreiras. Ondas com comprimento de alguns centímetros, são difratadas quando atingem
paredes, picos de montanhas e outros obstáculos, de modo a parecer que a onda muda de
direção e dobra em cantos e esquinas.
Segundo Flickenger et al. (2007) o princípio de Huygens descreve um modelo para a
compreensão deste comportamento. Imagine que, em qualquer dado instante, cada ponto da
frente de onda seja o ponto de partida para uma pequena onda esférica.
Esta abordagem foi ampliada por Fresnel e não é totalmente comprovada, ainda há
discussões sobre ela descrever adequadamente este fenômeno ou não. Por ora ela nos atende a
contento para as conexões sem fio.
A difração implica em perda de potência. A energia da onda difratada é bem menor
que a da frente da onda que a originou. Porém, em situações específicas, você pode tirar
vantagem da difração para contornar obstáculos.
2.2.10 Antenas
Superficialmente pode parecer que a forma mais simples de melhorar a qualidade de
um sinal é aumentar a sua potência de transmissão. Uma potência de transmissão maior
realmente aumenta o sinal, porém os órgãos que regulam as telecomunicações (como a
ANATEL no Brasil) não permitem esta prática. Dispositivos com mais potência produzem e
absorvem um nível maior de interferência e cobrindo áreas mais amplas, o que significa
menos usuários compartilhando o mesmo espectro. Atualmente, os dispositivos Wi-fi utilizam
menos de um watt (W) de potência e sua qualidade e nível de sinal é insuficiente.
Por não ser possível aumentar a quantidade de energia produzida pelos transmissores,
o método mais indicado para melhorar o nível de sinal consiste em aperfeiçoar o desempenho
das antenas empregadas.
Uma antena pode evitar interferências, aumentar a velocidade de transmissão de
dados, expandir a área de cobertura e estabelecer links de comunicação estáveis e confiáveis
em locais onde seria impossível a existência de uma conexão com antenas comuns,
normalmente fornecidas juntamente com os dispositivos.
Ainda que uma antena maior possa melhorar o desempenho de uma conexão sem fio,
não existe nenhum motivo que justifique a instalação de antenas com ganho maior do que o
necessário. Um link, sem interferências e com uma antena de baixo ganho não funcionará
45
melhor, nem mesmo atingirá velocidades maiores, se usar uma antena de maior ganho. Pelo
contrário, a qualidade do sinal pode piorar, pois está mais suscetível à interferência de outras
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redes.
Devido à diferença do comprimento de onda para diferentes frequências, a antena deve
ser construída para irradiar o comprimento de onda correto, ou seja, uma antena construída
para irradiar frequências semelhantes a 2,4 GHz, não funcionará bem para frequências
semelhantes a 5 GHz. A literatura que acompanha a antena deve informar para qual faixa de
frequência a antena foi construída (FLICKENGER et al., 2007).
Para a escolha de uma antena que esteja de acordo com a aplicação desejada, é
importante considerar itens como o tipo da antena (omnidirecional ou direcional), padrão de
cobertura, o ganho, impedância e resistência às intempéries (FLICKENGER et al., 2007).
2.2.10.1 Antenas omnidirecionais
Antenas omnidirecionais transmitem e recebem em todas as direções com a mesma
intensidade. São úteis para cobrir uma área ampla. Por não se enquadrarem ao escopo deste
trabalho, as antenas omnidirecionais não serão detalhadas.
2.2.10.2 Antenas direcionais
Antenas direcionais concentram suas capacidades de transmissão e sensitividade em
uma direção específica. A forma da área de cobertura da antena direcional e sua quantidade de
ganho dependem do desenho exato de cada antena.
As antenas direcionais aumentam a quantidade de ganho à medida que vão diminuindo
a amplitude da área de cobertura, ou seja, uma antena direcional pode proporcionar uma
enorme melhoria na qualidade do sinal sobre uma área de cobertura focalizada, podendo
também reduzir a interferência de áreas desinteressantes a aplicação da cobertura.
Quanto ao formato, podem ser parábolas sólidas ou gradeadas, que incluem um
refletor atrás do elemento de irradiação; yagi, que se parece com uma antena de televisão de
telhado, porém mais estreita; patch; ou ainda, painel setorial. A figura 13 mostra alguns dos
tipos de antena direcional citados acima.
Figura 13 Tipos de antena direcional
46
2.2.10.3 Padrão de cobertura
A folha de especificação de uma antena inclui um diagrama mostrando a forma do
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padrão de cobertura da antena, também conhecido como padrão de radiação, ou simplesmente
simplesmente
lóbulo de irradiação. Embora comumente representado por duas fatiass bidimensiona
bidimensionais
(azimute ou horizontal e elevação ou vertical)
vertical),, como é mostrado na figura 14,
14, o padrão de
radiação é tridimensional (FLICKENGER
(FLICKENGER et al., 2007).
Figura 14 Diagramas de irradiaç
irradiação
ão bidimensionais
De modo geral, o padrão é omnidirecional ou direcional. No caso do padrão
direcional, os diagramas geralmente incluem ângulo de abertura, largura de feixe ou área de
captura, sempre informado em graus. O ângulo de abertura é a seção de um círculo que
contém a cobertura ou sensitividade de energia máxima da antena. Por exemplo, se
se o ângulo
de abertura for de 10 graus, a cobertura ou sensitividade máxima se estenderá para fora da
parte frontal da antena,
antena, em um ângulo de 100 graus.
Nenhuma antena é perfeitamente construída a ponto de ser capaz de irradiar toda a
energia em uma única direção. Inevitavelmente, alguma energia é irradiada em outras
direções, a esta ocorrência se dá o nome de lóbulo lateral (FLICKENGER
FLICKENGER et al.,, 2007).
2.2.10.4 Ganho
O ganho representa uma proporção entre a energia da transmissão ou da sensitividade
do receptor (capacidade de captar os sinais transmitidos por outras antenas), comparada a uma
antena isotrópica. Uma antena isotrópica irr
irradia
adia igualmente em todas as direções.
direções Não
ão é uma
antena real, ela apenas fornece padrões teóricos simples e úteis para comparar
compa rar antenas reais a
ela (FLICKENGE
FLICKENGER
R et al.,, 2007).
Em outras palavras, o ganho de uma antena é a medida da sua direcionalidade em
relação
ação a uma antena isotrópica.
isotrópica. Não há aumento na potência de saída em relação à energia de
entrada e sim a direcionalidade da mesma a custa das outras direções (STALLINGS, 2005).
2005).
O ganho é expresso em dBi ((decibel
decibel isotropic,
isotropic ou decibel isotrópico) e o valor
correspondente a cada antena pode ser encontrado na literatura que acompanha a mesma.
mesma
47
2.2.10.5 Alinhamento
O alinhamento é um dos itens mais importantes na instalação de uma conexão ponto-
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a-ponto Wi-fi. Se as duas antenas da conexão não estiverem com seus lóbulos de irradiação
alinhados um com o outro, o melhor nível de sinal e, consequentemente, o melhor
desempenho não serão alcançados.
Para alinhar propriamente as antenas em uma longa distância você irá precisar de algum
tipo de ferramenta em que pode observar instantaneamente a potência do sinal recebido no
alimentador da antena. Assim você poderá fazer pequenas mudanças no alinhamento da
antena enquanto observa o que acontece com o sinal, fixando a antena quando a maior
potência do sinal for encontrada (FLICKENGER et al., 2007, p. 256).
O processo de alinhamento recomendado por Flickenger et al. (2007) leva em
consideração duas equipes de duas pessoas cada, sendo que, em cada equipe, uma pessoa
verifica o sinal e a outra alinha a antena. É importante que as duas equipes comuniquem-se
durante o processo, de modo que uma equipe não altere o alinhamento enquanto a outra está
verificando o nível de sinal.
As duas equipes devem considerar os itens:
a) configurar e testar todos os equipamentos antes da implantação propriamente
dita ser executada. Desta forma não haverá problemas como, por exemplo, não
encontrar o sinal do outro ponto por um erro de configuração do equipamento
transmissor ou cabos mal construídos;
b) estimar a direção e a elevação das antenas usando a triangulação de
coordenadas captadas por GPS para ter noção da localização de um ponto em
relação ao outro ou, caso seja possível, localizando visualmente o ponto de
alinhamento ou uma referência para ele;
c) se não for possível determinar a localização do ponto de alinhamento da forma
citada no último item, criar um ponto de referência usando uma pandorga
(pipa), balão, luz de sinalização, fogos de artifício ou sinais de fumaça;
d) não testar o sinal em ambas as direções simultaneamente;
e) não tocar a antena ou ficar na direção da irradiação do sinal durante a medição;
f) se o sinal recebido for menor do que o esperado, pode-se ter encontrado um
lóbulo lateral de irradiação. Nesse caso, mover a antena além do lóbulo captado
para encontrar o lóbulo principal;
48
g) não se preocupar tanto com os ângulos de elevação e direção da antena, o
lóbulo principal pode não estar exatamente no centro visual, o nível de sinal
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alcançado é o que importa;
h) conferir a polaridade utilizada e a faixa de frequências para a qual a antena foi
construída;
i) por último, se nada funcionar, verificar individualmente se todos os
componentes estão ligados, conectados e/ou foram danificados no transporte.
Caso estejam danificados, substitua-os.
O procedimento de alinhamento que cada equipe deve executar é descrito na citação:
A equipe com a antena de maior ganho deve movê-la lentamente na posição horizontal,
observando o medidor de sinal. Quando a melhor posição for alcançada deve-se tentar
alterar a elevação da antena. Depois que o melhor sinal for detectado, a antena deve ser
firmemente fixada e a outra equipe deve ser avisada para que tente posicionar a sua antena.
Repita este processo algumas vezes até que a melhor posição possível para as duas antenas
seja encontrada (FLICKENGER et al., 2007, p. 260).
2.2.10.6 Instalação física
A instalação física de uma antena deve sempre levar em consideração a ação de
intempéries como o vento. Os suportes e braçadeiras de fixação da antena devem ser
suficientemente fortes para que a antena não se desloque com a ação dos ventos ou mesmo
com o próprio peso da antena, perdendo o seu alinhamento (FLICKENGER et al., 2007).
2.2.10.7 Proteção contra fatores climáticos
As antenas que ficam expostas a fatores climáticos (como a chuva e a radiação
ultravioleta) em ambientes externos geralmente precisam de proteção, pois tais fatores podem
deteriorar os materiais usados na sua construção. Muitos fabricantes colocam os elementos de
irradiação em compartimentos hermeticamente fechados e imunes a estes tipos de intempérie.
Em ambientes internos esta proteção é desnecessária já que não há fatores degradantes
relevantes (FLICKENGER et al., 2007).
2.2.10.8 Impedância
Usualmente os fabricantes projetam antenas, linhas de transmissão e rádios para a
impedância de 50 Ohms, mas se um deles não tiver esta impedância haverá um descasamento
49
de impedância e a eficiência da transmissão será totalmente comprometida (FLICKENGER eet
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al., 2007).
2007)
2.2.10.9 Polaridade
Polarização é a definição da orientação do campo elétrico de uma onda
eletromagnética. A figura 15
1 mostra a disposição dos campos elétrico e magnético em uma
onda eletromagnética.
Figura 15 Polarização de uma onda eletromagnética (FLICKENGER et al., 2007,
2007 p. 109)
Com a polarização linear, que é usada nas redes Wi-fi,, o vetor do campo elétrico fica
no mesmo plano o tempo inteiro e a polarização inicial é determinada pela antena (horizontal
(horizontal,
vertical,
ertical, ou ainda em um ângulo entre estas). As antenas de polarização horizontal captam
menos interferências produzidas pelos humanos, uma vez que a maioria das antenas tem
polarização vertical.
Se a polarização não estiver correta o sinal será muito frac
fraco,
o, mesmo usando antenas de
alto ganho. A esta situação, dá-se
dá se o nome de descasamento de polarização (FLICKENGER et
al., 2007).
Por outro lado, a técnica de ajuste da polarização
polarização pode ser usada
usad para criar links
estáveis em locais de muita interferência
interferência. Flickenger
Fli
et al. (2007,, p. 109)
109 descrevem
descreve a técnica
da seguinte forma: “u
use
se uma ferramenta de monitoração para observar a interferência de redes
adjacentes e rotacione uma antena até conseguir o menor nível de sinal na recepção. Em
seguida, ligue o outro lado
lado de seu link e o oriente para casar a polarização com o primeiro”.
primeiro”.
2.2.11 Linhas de transmissão
transmissão
Embora fosse o ideal, normalmente não é possível conectar o transmissor de rádio
frequência diretamente a antena, para esta tarefa é necessário que haja uma linha de
transmissão A função da linha de transmissão é levar, do modo mais eficiente possível, a
transmissão.
energia de rádio frequ
frequência
ência do transmissor até a antena e vice
vice-versa.
versa.
50
A linha de transmissão deve manter a integridade dos sinais tanto na transmissão como
na recepção. Caso isso não aconteça, o rádio receptor receberá um sinal ilegível e não
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conseguirá decodificá-lo.
Existem dois tipos de linhas de transmissão: guias de onda e cabos com conectores.
2.2.11.1 Guias de onda
Uma guia de onda é um tubo que faz uso do conceito da gaiola de Faraday para
confinar e direcionar, através de reflexão em suas paredes internas, a energia na forma de
ondas eletromagnéticas (FLICKENGER et al., 2007). A figura 16 mostra uma guia de onda
com a indicação de suas dimensões X, Y e Z.
Figura 16 Guia de Onda (FLICKENGER et al., 2007, p. 98)
As características das guias de onda não serão detalhadas porque não serão
empregadas no desenvolvimento deste trabalho.
2.2.11.2 Cabos e conectores
O cabo mais utilizado para rádio frequência é do tipo coaxial. Ele é composto por um
condutor interno, uma camada de material dielétrico, uma blindagem e uma capa externa. O
condutor interno transporta a energia da rádio frequência, enquanto a blindagem isola o sinal
transportado de meios externos indesejados, evitando que o sinal seja irradiado para a
atmosfera e/ou sofra interferências de outros sinais. Por fim, o material dielétrico evita que
haja conexão elétrica entre o condutor interno e a blindagem, e a capa externa protege todo o
conjunto de intempéries.
Quanto aos conectores para conexões Wi-fi, há uma grande variedade de padrões, os
mais usados são do tipo N (Neil ou Navy), SMA (Sub-Miniature version A), MMCX (MicroMiniature Coaxial) e Hirose U.FL. A figura 17 mostra os tipos de conectores mais utilizados
em redes Wi-fi.
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51
Figura 17 Tipos de conectores (BATTISTI, 2011, p. 17)
Dispositivos Wi-fi comumente utilizam conectores proprietários o que dificulta a
integração com os outros componentes do sistema de microondas. Nestes casos normalmente
usa-se um cabo/conector curto chamado de pigtail (rabo de porco). O pigtail é composto por
um pequeno cabo coaxial com um conector proprietário em uma das pontas e um conector de
padrão comumente encontrado na outra, de modo a compatibilizar a conexão entre dos
componentes do sistema de microondas.
Algumas recomendações são feitas por Flickenger et al. (2007) quanto às linhas de
transmissão:
a) o cabo deve ser o mais curto possível, quanto menor o cabo, menor será a
atenuação de potência, um comprimento;
b) utilizar cabos com o menor fator de atenuação possível, os tipos de cabos com
menor fator de atenuação são, respectivamente, Heliax, LMR, RG-213 e RG58;
c) utilizar cabos que já venham de fábrica com os conectores instalados e tenham
sido testados em um laboratório apropriado;
d) o número de conectores e adaptadores deve ser o menor possível, cada
conector ou adaptador adiciona perdas de potência à linha de transmissão;
e) para fixar os conectores, gire apenas a parte externa do mesmo, deixando fixo
todo o resto do conjunto (partes internas do conector e cabo), caso contrário,
podem ocorrer danos ao conjunto;
f) use apenas as mãos para fixar os conectores, pois quando apertados demais, os
conectores podem ser danificados ao expandirem em temperaturas elevadas ou
se contraírem em baixas temperaturas;
g) proteja os conectores após a fixação aplicando uma camada de fita isolante,
seguida de uma camada de fita selante e mais uma camada de fita isolante,
garantindo isolamento elétrico, contra umidade e contra raios UV,
respectivamente;
52
h) faça um anel de gotejamento nos cabos, desse modo é possível evitar que
escorra água para dentro do transceptor;
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i) cabos e conectores são componentes de precisão e, portanto, podem ser
danificados facilmente em quedas e choques. Não dobrar, pisar sobre ou
derrubar cabos e conectores é essencial para não causar danos.
A figura 18 mostra como deve ser feito o anel de gotejamento.
Figura 18 Anel de gotejamento (FLICKENGER et al., 2007, p. 255)
O resultado da violação de uma ou mais destas recomendações são comportamentos
imprevistos e aleatórios do link em questão, de modo a dificultar muito a identificação do real
problema.
2.2.12 Linha de visada e zona de Fresnel
Com exceção dos links que utilizam a faixa de frequências de 900 MHz, as conexões
Wi-fi precisam de visada direta para que haja comunicação entre transmissor e receptor. A
visada direta, ou linha de visada, nada mais é do que uma linha imaginária traçada de uma
antena até a outra sem cruzar obstáculos. Se houver algum obstáculo na linha de visada é
provável que o desempenho do link seja prejudicado ou mesmo se torne inviável.
Além da linha de visada, a zona de Fresnel é outro aspecto muito importante para o
bom desempenho do link. Ela é determinada por elipses em torno da linha de visada e estima
a zona onde árvores, prédios e outros obstáculos podem interferir no desempenho do link
através da reflexão, difração e/ou absorção. Bloqueios por obstáculos que cheguem a até 20%
da zona de Fresnel ocasionam nenhum ou pouco prejuízo ao desempenho do link, entretanto,
para um funcionamento adequado, busca-se ao menos 60% de desobstrução.
O raio mais distante da zona de Fresnel pode ser calculado através da equação:
(2)
Onde r é expresso em pés, d é a distância do link em milhas e f é a frequência do link
em GHz (BATTISTI, 2011).
53
2.2.13 Potência Irradiada
O termo potência irradiada ou IERP (Equivalent Isotropic Radiated Power) se refere à
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potência efetiva de transmissão de uma antena, ou seja, a potência de transmissão da antena
(dBm) somada ao ganho da antena (dBi), sendo que a potência de transmissão da antena é a
potência de saída do rádio diminuída das perdas de linha (cabos e conectores). A FCC define
as normas de utilização destas potências de acordo com o tipo de conexão: ponto multi-ponto
ou ponto-a-ponto. Este trabalho de conclusão é focado em links do tipo ponto-a-ponto e por
isso a norma para links ponto multi-ponto não será detalhada.
Para links ponto-a-ponto a norma determina que, para cada 3 dBi acima do ganho
inicial de uma antena de 6 dBi, deve-se diminuir a potência do rádio em 1 dB a contar da
potência inicial de 30 dBm (1 Watt), ou seja, embora a potência de saída do rádio seja
limitada a 1 Watt (30 dBm), a EIRP aumenta com o ganho da antena (BATTISTI, 2011). A
tabela 1 demonstra a variação de EIRP:
Tabela 1 Variação de IERP para links ponto-a-ponto
Potência de saída
na antena (dBm)
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
Ganho da
antena (dBi)
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
EIRP (dBm)
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
A ANATEL adotou, para links do tipo ponto-a-ponto, os mesmos parâmetros da FCC
mostrados na tabela 1.
2.2.14 Canais
Há várias faixas de frequência que são internacionalmente reservadas para
determinados fins. Estas faixas de frequência, também chamadas de bandas, são divididas em
canais. Um canal é um conjunto de frequências vizinhas agrupadas para desempenhar uma
determinada função. No caso das conexões Wi-fi, a função é a transmissão de dados.
54
Na maior parte do mundo, estas faixas estão reservadas para uso sem a necessidade de
licença, enquanto a maior parte das outras faixas são mantidas sob rígido controle da
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legislação e sua licença de uso representa um custo financeiro muito alto.
Uma das faixas de frequência é a chamada banda ISM (Industrial, Scientific and
Medical, ou Industrial, Científica e Médica). Ela abrange três faixas de frequência: 900 MHz,
2,4 GHz e 5,8 GHz.
Para a faixa dos 900 MHz (902 MHz a 928 MHz) há quatro canais com as frequências
centrais de 907 MHz, 912 MHz, 917 MHz e 922 MHz.
Na faixa de 2,4 GHz a banda se distribui em 14 canais separados um do outro por 5
MHz. Note que, nos padrões IEEE 802.11b e IEEE 802.11g, cada canal tem 22 MHz o que
causa uma sobreposição de canais e a consequente interferência do sinal de um canal no
outro. Há apenas três canais que não se sobrepõem (1, 6 e 11). A permissão de uso destes
canais varia conforme a regulamentação local de cada país. A figura 19 mostra a distribuição
de cada canal ISM e sua respectiva frequência central.
Figura 19 Canais ISM 2.4 GHz (FLICKENGER et al., 2007, p. 15)
Ainda na banda ISM, há a faixa de 5,8 GHz que utiliza as frequências entre 5,725 e
5,845 GHz (149, 153, 157 e 161). Ao contrário da faixa de 2,4 GHz, não há sobreposição de
canais nesta faixa de frequências.
Outra banda utilizada é a U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure) que
possui o espectro distribuído em três faixas distintas: U-NII-1 (Low), U-NII-2 (Mid) e U-NII-3
(Upper). Cada subdivisão da banda U-NII possui canais não-sobrepostos quando usados com
20 MHz de largura de banda.
O U-NII-1 usa a faixa de frequência que vai de 5,17 GHz a 5,25 GHz (canais 36, 38,
40, 42, 44, 46 e 48). Já o U-NII-2 usa frequências entre 5,25 e 5,35 GHz (52, 56, 60 e 64). E
por último, o U-NII-3 utiliza as frequências entre 5,725 e 5,845 GHz (149, 153, 157 e 161).
Não há sobreposição de canais nas faixas U-NNI (STALLINGS, 2005).
55
2.2.15 Interferência
Em conexões Wi-fi, o termo interferência é usado para referenciar perturbações no
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sinal recebido por um transceptor. No entanto, há dois tipos de interferência: construtiva e
destrutiva.
Quando os picos acontecem simultaneamente, você tem o resultado máximo (1 + 1 = 2).
Isto é chamado de interferência construtiva. Quando um pico acontece em conjunto com
um vale, você tem a completa aniquilação (1 + (-1) =0), ou a interferência destrutiva
(FLICKENGER et al., 2007, p. 21).
A figura 20 ilustra, respectivamente, a diferença entre a interferência construtiva e a
interferência destrutiva.
Figura 20 Interferência construtiva e destrutiva (FLICKENGER et al., 2007, p. 21)
O nível de interferência medido em um analisador de espectro deve ser menor de -95
dB para não causar problemas consideráveis à conexão (BATTISTI, 2011).
A seguir são descritos os tipos mais comuns de interferência destrutiva (BATTISTI,
2011).
2.2.15.1 Banda estreita
A interferência de banda estreita não afeta toda a faixa de frequências do espectro
eletromagnético usado na transmissão. Para resolver o problema, é preciso utilizar um
analisador de espectro para identificar a origem da interferência. Segundo Battisti (2011, p.
30), “à medida que se caminha na direção da fonte de interferência, o sinal RF no analisador
de espectro cresce em amplitude. Quando o sinal atinge o pico na tela, a fonte de interferência
foi localizada”. Com a fonte da interferência localizada, há três opções: removê-la, blindá-la
ou configurar o transceptor para lidar com ela. Nesta última, a troca do canal ou da tecnologia
de transmissão, normalmente, resolvem o problema.
56
2.2.15.2 Banda larga
Ao contrário da interferência de banda estreita, a interferência de banda larga ocupa
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toda a faixa de frequências.
Encontrar uma fonte de interferência banda larga é mais difícil do que uma de banda
estreita, porque não estaremos por um único sinal no analisador de espectro, mas por vários
sinais, todos variando em amplitude. O uso de uma antena altamente direcional ajudaria a
encontrar a fonte de interferência de banda larga (BATTISTI, 2011, p. 30).
Visto que toda a faixa de frequências é afetada, alterar o canal não resolve o problema.
Ao encontrar a fonte de interferência, há apenas duas opções: removê-la ou alterar a faixa de
frequências de operação do transceptor, por exemplo, de 2.4 GHz para 5.8 GHz (BATTISTI,
2011).
2.2.15.3 Dificuldades climáticas
Conexões Wi-fi podem ter seu desempenho afetado por fatores climáticos relacionados
à água como, por exemplo, chuva, neblina e neve. Entretanto, ao contrário do que se possa
imaginar, o maior fator degradante para a conexão não é a água presente no ambiente e sim a
que pode se acumular nos elementos das antenas de transmissão e/ou recepção. Esta situação
pode ser contornada com o uso de um radome que serve, entre outras coisas, para proteger a
antena deste tipo de problema.
Quanto à atenuação de sinal provocada pela água no ambiente, é menor e deve ser
considerada em uma margem de segurança no momento dos cálculos para dimensionamento
do link. Para frequências de 2,4 GHz, a atenuação é estimada em 0,05 dB/Km sob chuva
torrencial e 0,02 dB/Km sob intensa neblina. E, para frequências de 5,8 GHz, a atenuação é
maior e estimada em 0,5 dB/Km sob chuva torrencial, e 0,07 dB/Km sob intensa neblina
(BATTISTI, 2011).
2.2.15.4 Canais adjacentes e mesmo canal
Na faixa de frequências de 2.4 GHz ISM, há apenas três canais não sobrepostos (1, 6 e
11). Logo, se há duas redes em canais adjacentes ou muito próximos, causam interferência um
ao outro.
57
Para detectar este tipo de interferência, usa-se um analisador de espectro, nele será
possível visualizar o canal em uso. Para solucionar o problema, segundo Battisti (2011, p. 31),
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“basta que os pontos de acesso estejam suficientemente separados ou que se usem canais bem
afastados da banda RF, por exemplo, 1 e 11.”
2.2.16 Largura de banda
O termo largura de banda ou bandwidth define a medida da variação de frequência.
Uma largura de banda de 20 MHz pode estar localizada, por exemplo, entre as frequências de
2,442 GHz e 2,462 GHz. Ela está diretamente ligada à quantidade de dados que se pode
transmitir a cada momento (throughput). Quanto maior o intervalo de frequências, maior a
quantidade de dados possível de se transmitir ao mesmo tempo (FLICKENGER et al., 2007).
2.2.17 Sensibilidade e nível de sinal relativo
Um receptor interpreta sinais, porém, para filtrar ruídos, os sinais recebidos só são
interpretados se atingirem um nível mínimo ao qual se dá o nome de sensibilidade do
receptor. Esta informação está presente na literatura do equipamento e depende da taxa de
transmissão, uma menor taxa (1 Mbps) implica em maior sensibilidade.
Assim como o nível de sinal de recepção, a sensibilidade é expressa em dBm negativo
(- dBm), o que quer dizer por exemplo, que -66 dBm é um nível de sinal melhor do que -78
dBm (FLICKENGER et al., 2007).
O nível de sinal relativo é o que efetivamente há de sinal disponível para usar na
conexão. Ele é calculado simplesmente pela diferença entre o sinal recebido e a sensibilidade
do receptor, dessa forma, se um receptor tem sensibilidade de -95 dBm, e está recebendo sinal
a um nível de -76 dBm, há 19 dB de sinal relativo. Quanto maior o sinal relativo, melhor a
qualidade da conexão (STALLINGS, 2005).
2.2.18 Throughput e latência
Throughput é o termo que caracteriza a capacidade de transmissão de dados utilizáveis
de uma conexão. É comum que o throughput seja confundido com o data rate, porém este
refere-se a capacidade de transmissão de símbolos e não dados utilizáveis. Para exemplificar,
pode-se citar que uma conexão com data rate de 54 Mbps pode fornecer no máximo um
throughput de 22 Mbps, o restante é usado para controle de sinais usados pelo protocolo.
58
Quanto ao termo latência, expressado em milisegundos (ms), representa o tempo que
um dado leva para atravessar o link de uma ponta a outra. No caso de latência alta, os dados
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não serão impedidos de chegar ao destino, mas levarão mais tempo para completar a
transmissão (FLICKENGER et al., 2007).
59
3
DESCRIÇÃO DA PROPOSTA
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Este trabalho de conclusão de curso teve por objetivo estudar e avaliar casos de redes
sem fio ponto-a-ponto de planta externa com problemas de estabilidade e/ou desempenho,
sugerindo técnicas e práticas recomendadas que resolvam, ou ao menos diminuam, os
problemas detectados a ponto de a conexão estudada passar a cumprir com o seu propósito.
Os estudos foram desenvolvidos acerca de ocorrências da empresa Reknet Tecnologia
em conexões que utilizam equipamentos do fabricante Mikrotik e foram implantados por
terceiros seguindo, ou não, as normas vigentes e boas práticas. As conexões estudadas tem
por objetivo prover a interconexão de dois pontos de rede, de modo a interligar redes menores
(LANs).
Todas as conexões foram analisadas em funcionamento nos seus ambientes originais e
sem alterações prévias. Preservou-se o caráter único das conexões visto que, quando
combinados, os parâmetros analisados não se repetem.
Os estudos se limitaram a análise de parâmetros e fatores ligados exclusivamente ao
enlace da conexão, ou seja, a transmissão e recepção propriamente dita da conexão sem fio.
Em torno de 95% das ocorrências da empresa supracitada são relacionadas a problemas no
enlace e, por esta razão, questões que não o influenciam diretamente, como a instalação física
das torres, instalação elétrica, aterramento e instalação de outros componentes envolvidos que
não influem diretamente no enlace, não serão abordados. Toma-se como pré-suposto que estes
itens estão de acordo com suas respectivas normas e boas práticas.
A primeira etapa do estudo de cada caso é o detalhamento e a parametrização do
ambiente encontrado de acordo com as normas e práticas sugeridas no capítulo 2 deste
trabalho, de forma que sejam gerados os dados de entrada necessários para as análises e
alterações da segunda etapa. Serão coletados dados referentes ao enlace sendo que, para
melhor entendimento, os mesmos serão separados em categorias: antenas e transceptores,
linhas de transmissão, meio físico e desempenho.
Os itens relativos à categoria antenas e transceptores são: simetria das antenas,
instalação física, proteção contra intempéries, impedância, polarização, frequência de
operação, polarização, nível de sinal, frequência e potência IERP. Quanto à categoria linhas
de transmissão são considerados: tipo de fabricação, comprimento do cabo, número de
conectores e isolamento dos conectores. Relativo à categoria meio físico são verificados:
linha de visada, zona de Fresnel e nível de interferência. E, na categoria desempenho serão
analisados os itens nível de sinal, throughput e latência.
60
Para a coleta e parametrização dos dados, serão utilizados softwares de medição de
nível de sinal, uso de espectro, interferências, throughput e latência que estão disponíveis nos
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transceptores.
Além dos softwares citados, será utilizado o Radio Mobile, na versão 11.0.5 Freeware
para fazer análise de estimativa do alinhamento das antenas, linha de visada e zona de Fresnel.
Este software possibilita o carregamento de mapas topográficos e a simulação virtual de uma
conexão Wi-fi sobre estes mapas. Desta forma, é possível simular com detalhes o grau de
elevação e direção das antenas, linha de visada, zona de Fresnel, perdas em cabos, conectores
e de espaço livre, transceptores, antenas e o cenário em geral.
Na segunda etapa, os parâmetros coletados serão confrontados e analisados conforme
as normas vigentes e boas práticas descritas no capítulo 2 deste trabalho, indicando os
problemas e as alterações possíveis para que os parâmetros passem a se enquadrar às normas e
boas práticas. Em seguida, a primeira etapa é repetida, de modo a possibilitar a comparação
dos resultados obtidos antes e depois das alterações.
Na terceira e última etapa são apresentados resultados a respeito da evolução do
cenário original para o cenário resultante.
61
4
ESTUDOS DE CASO
BDU – Biblioteca Digital da UNIVATES (http://www.univates.br/bdu)
Neste capítulo serão desenvolvidos os estudos de caso. Na seção 4.1 é dada a
descrição de todos os itens que compõem as tabelas utilizadas no desenvolvimento dos
estudos, de modo a fornecer um modelo de estudo para cada caso.
A partir da seção 4.2, cada seção descreve-se o desenvolvimento de um caso estudado,
dispostos em cenários.
4.1 Descrição do formato de exposição dos dados
No intuito de facilitar a compreensão os dados expostos no presente capítulo, os
mesmos serão dispostos no formato de tabelas comentadas.
Na primeira e segunda etapa dos estudos, os itens foram divididos em quatro
categorias: “antenas e transceptores”, “linhas de transmissão”, “meio físico” e “desempenho”
para cada uma destas etapas. Enquanto na terceira e última etapa, não há divisão por
categorias.
Ainda sobre a disposição dos dados, sempre que for necessário analisar os dois pontos
da conexão, o valor do primeiro é exposto seguido do segundo, tendo por separador uma
barra.
4.1.1 Coleta de dados e parametrização
Na primeira etapa – coleta e parametrização dos dados – são usadas tabelas nomeadas
“parametrização” que mostram os dados coletados já parametrizados conforme as normas e
práticas sugeridas no capítulo 2, prontos para uso na análise da segunda etapa.
Quanto à disposição dos itens nas tabelas de parametrização, a segunda coluna mostra
os valores que serão utilizados como referência para a análise, enquanto a terceira coluna
mostra os valores coletados para verificação ante aos valores de referência.
4.1.1.1 Antenas e transceptores
Em se tratando da categoria “antenas e transceptores”, explica-se a origem dos itens e
valores expostos nas tabelas de parametrização:
a) simetria das antenas: segundo Flickenger et al. (2007) para o processo de
alinhamento, deve-se começar pelo ponto com antena de maior ganho, caso as
antenas não sejam simétricas como é citado na subseção 2.2.10.5;
62
b) instalação física: na subseção 2.2.10.6, Flickenger et al. (2007) expõem que a
fixação da antena faz parte do processo de alinhamento e, caso não esteja de
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acordo, corre-se o risco de ter perda de sinal pelo desalinhamento das antenas,
após a ação de intempéries como o vento;
c) proteção contra intempéries: a inexistência de danos a proteção contra intempéries
é evidenciada por Flickenger et al. (2007) na subseção 2.2.10.7;
d) impedância: na subseção 2.2.10.8 Flickenger et al. (2007) afirmam que a
impedância da antena deve ser a mesma para todo o sistema de transmissão e
atribui o valor de 50 Ohms como padrão para este tipo de aplicação;
e) polarização das antenas: quanto à polarização das antenas, Flickenger et al. (2007)
orientam, na subseção 2.2.10.9, que seja igual nas duas antenas do enlace, caso
contrário, haverá descasamento de polaridade e prejuízos severos ao desempenho
da conexão;
f) nível de sinal: na subseção 2.2.17, descreve-se, conforme Flickenger et al. (2007),
que se deve utilizar como valor de referência a sensibilidade do receptor, que é o
mínimo sinal necessário para a identificação dos sinais recebidos. A sensibilidade
por ser obtida na literatura que acompanha o receptor. Ainda na subseção 2.2.17, a
transcrição de Stallings (2005) descreve que a diferença entre o nível de sinal
recebido e a sensibilidade do receptor define o nível de sinal relativo. Quando
maior o sinal relativo, melhor a qualidade da conexão, porém ela passa a funcionar
a partir do momento em que o nível de sinal recebido é maior do que a
sensibilidade do receptor. A coluna valor coletado deste item contém a informação
referente ao nível de sinal de recepção nos dois pontos do enlace, sendo que o
primeiro valor representa o ponto 1 e o segundo o ponto 2;
g) frequência: na subseção 2.2.10, expõe-se que a frequência transmitida ou recebida
pelo transceptor deve estar contida na faixa de frequências de operação da antena
para que o funcionamento seja correto (FLICKENGER et al., 2007). O valor de
referência é a faixa de frequências de operação da antena, enquanto o valor
coletado é a frequência configurada no transceptor;
h) potência EIRP: o valor de referência é definido pelas normas vigentes descritas na
subseção 2.2.13 para ajuste de potência irradiada sob a gerência da ANATEL. A
coluna valor coletado é calculada para cada ponto da conexão, conforme a
transcrição de Battisti (2011) na subseção 2.2.13 deste trabalho, soma-se o ganho
63
da antena à potência de transmissão configurada no transceptor e diminuem-se as
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perdas.
4.1.1.2 Linhas de transmissão
Os itens da tabela de parametrização da categoria “linhas de transmissão” são
embasados na subseção 2.2.11.2 deste trabalho e referem-se a transcrições de Flickenger et al.
(2007).
São compostas conforme a descrição dos itens:
a) tipo de fabricação: a fabricação dos cabos deve ser preferencialmente industrial, de
modo que este é definido como valor de referência (industrial);
b) comprimento do cabo: quanto menor o comprimento do cabo, menor será a
atenuação sofrida pelo sistema. Esta transcrição define o valor de referência
(menor possível) para este item;
c) número de conectores: o valor de referência (menor possível) é atribuído
considerando que quanto menos conectores houver na linha de transmissão, menor
será a atenuação que o sistema sofrerá;
d) isolamento dos conectores: o isolamento deve possuir uma camada de fita isolante,
seguida de uma camada de fita selante e mais uma camada de fita isolante,
garantindo
isolamento
elétrico,
contra
umidade
e
contra
raios
UV,
respectivamente. Estes três isolamentos são considerados na definição do valor de
referência (totalmente isolado) deste item.
4.1.1.3 Meio físico
Quanto à categoria “meio físico”, a tabela de parametrização é composta pelos itens
“linha de visada”, “zona de Fresnel” e “nível de interferências” expostos na primeira coluna.
A segunda coluna expõe os valores de referência para os itens. Conforme a revisão de
literatura deste trabalho na subseção 2.2.13, transcrita de Battisti (2011) para os valores de
“linha de visada”, não pode haver obstrução (sem obstrução) e para “zona de Fresnel” é aceito
até 40% de obstrução. A subseção 2.2.15, ainda segundo Battisti (2011), define o “nível de
interferências” aceitável como sendo menor de -95 dB (até -95 dB).
Na terceira coluna, os itens “linha de visada” e “zona de Fresnel” serão gerados
através do software Radio Mobile que se baseando no banco de dados de topografia da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) chamado SRTM (Shuttle Radar Topography
64
Mission) e em dados como as “coordenadas geográficas”, a “frequência de operação”, a
“potência de transmissão” e o “ganho” dos dois pontos envolvidos no enlace.
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Para melhor organização, utiliza-se uma tabela de apoio para a coleta dos dados que
serão inseridos no Radio Mobile. Esta tabela possui três colunas onde a primeira mostra o
nome do item, a segunda o valor coletado no ponto 1 e a terceira o valor coletado no ponto 2.
Expõem-se os itens que serão coletados para a tabela de apoio ao Radio Mobile:
a) latitude:coletado através do uso de um GPS (Global Positioning System);
b) longitude: também coletado através do uso do GPS;
c) altura relativa ao solo: medida obtida com o uso do GPS, subtraindo-se a altitude
captada quando no ponto da instalação da antena, da altitude no solo;
d) frequência de operação: frequência configurada nos transmissores, mesma
informação usada na subseção 4.1.1.1;
e) potência de transmissão: potência configurada nos transmissores, mesma
informação usada na subseção 4.1.1.1 para calcular a potência EIRP;
f) ganho da antena: obtido, segundo Stallings (2005), na literatura que acompanha a
antena.
Após o processamento dos dados, o software Radio Mobile gera uma imagem
representando a “linha de visada” e a “zona de Fresnel” ante ao relevo. Esta imagem permite a
parametrização dos itens na terceira coluna da tabela conforme a revisão de literatura deste
trabalho na subseção 2.2.13 que é transcrita de Battisti (2011).
O “nível de interferências” é medido em ambos os pontos através do software, com
esta finalidade, disponibilizado nos equipamentos usados no enlace, e é parametrizado na
terceira coluna conforme as citações de Battisti (2011) na subseção 2.2.15.
4.1.1.4 Desempenho
Quanto à categoria “desempenho”, a tabela de parametrização tem por objetivo
possibilitar a comparação de desempenho do enlace antes e depois das alterações. Para tal,
não é necessário o preenchimento da coluna valor de referência, já que o valor de referência
propriamente dito será o valor coletado. A comparação será entre o antes e o depois do link.
Os itens analisados são “nível de sinal”, “throughput” e “latência”, e todos são obtidos
através de indicadores e softwares presentes no sistema do transceptor.
65
O “nível de sinal” é medido nos dois pontos do enlace, da mesma forma que na
subseção 4.1.1.1, o valor coletado é obtido através do indicador relativo no sistema do
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transceptor.
Sobre o “throughput” e a “latência”, são adquiridos nos softwares disponíveis no
sistema do transceptor. Para “throughput” usa-se o Bandwidth Test, enquanto para a
“latência” o software utilizado é o Ping.
4.1.2 Análise dos dados parametrizados, alterações sugeridas e conclusão
Na segunda etapa – análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas – os
dados parametrizados serão analisados identificando os parâmetros que não se enquadram aos
seus respectivos valores de referência. Para os parâmetros que não se enquadrarem, serão
aplicadas as alterações descritas nas normas e sugestões dos autores transcritos e citados no
capítulo 2 deste trabalho de conclusão de curso. E, após estas alterações, os dados serão
coletados novamente para que seja possível comparar os valores antes e depois das alterações.
Nesta segunda etapa as tabelas serão compostas por cinco colunas, exceto a categoria
“desempenho” que possui quatro colunas, e são nomeadas “análise e alterações sugeridas”.
A primeira, segunda e a terceira colunas permanecem iguais as das tabelas de
parametrização. No entanto, a quarta coluna mostra uma breve descrição dos ajustes
executados nos itens que não tinham seus valores coletados adequados com os seus
respectivos valores de referência, sempre observando as normas e práticas sugeridas no
capítulo 2. E, a quinta e última coluna mostra os resultados obtidos após as alterações dos
itens que não estavam com seus valores coletados adequados com os seus respectivos valores
de referência.
Para a categoria “desempenho”, a segunda coluna não é exposta, sendo que as
subsequentes passam a ocupar uma posição a menos: a terceira coluna passa a ser a segunda, e
assim por diante. No restante, a tabela segue o padrão das demais tabelas desta segunda etapa.
Na terceira etapa são apresentados os resultados das alterações executadas seguindo as
normas e práticas recomendadas no capítulo 2, conforme é descrito na subseção 4.1.1.
4.2 Cenário 1
O caso em estudo trata de uma conexão ponto-a-ponto para interligar matriz e filial de
uma empresa fabricante de máquinas para agricultura de precisão. A conexão é mais lenta do
66
que o esperado e se desfaz facilmente em momentos de instabilidade climática. Os pontos
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envolvidos no enlace estão separados por 20,876 km de distância.
4.2.1 Coleta e parametrização dos dados
O processo de parametrização tem por objetivo converter os dados coletados em dados
formatados e próprios para a análise que será realizada na subseção 4.2.2. A parametrização
dos dados é feita conforme as definições descritas na subseção 4.1.1 deste trabalho. As
subseções 4.2.1.1, 4.2.1.2, 4.2.1.3 e 4.2.1.4 expõem os dados coletados referentes aos pontos
envolvidos no enlace estudado no primeiro cenário.
4.2.1.1 Antenas e transceptores
Os equipamentos utilizados no enlace são simétricos, ou seja, são compostos pelo
mesmo conjunto de antena e transceptor em ambos os pontos.
A antena é do tipo parábola sólida direcional e é homologada pela ANATEL sobre o
modelo HG-5833D do fabricante Hyperlink. Conforme a literatura que a acompanha, possui
impedância de 50 Ohms, opera nas frequências entre 5,700 e 5,800 GHz e ganho de 33 dBi. A
polarização é vertical em ambos os pontos, ou seja, simétrica. O suporte de fixação está de
acordo e a proteção contra intempéries não apresenta danos.
O transceptor, também homologado pela ANATEL, é fabricado pela Ubiquiti sobre o
modelo SuperRange5. Utiliza as configurações potência de transmissão em 17 dBm e
frequência de operação em 5,180 GHz. Pode-se consultar na literatura do transceptor a
sensibilidade de -94 dB a 6 Mbps. O nível de sinal medido nos dois pontos do enlace, através
do indicador do sistema operacional do transceptor, é de -89 dB para o ponto 1 e -91 dB para
o ponto 2. Com as informações adquiridas, pode-se calcular a potência EIRP de 50 dBm.
A tabela 2 expõe os dados coletados, já parametrizados conforme é modelado na
subseção 4.1.1.1 deste trabalho, referentes à categoria antenas e transceptores.
Tabela 2 Parametrização – Antenas e transceptores 1
Item
Simetria das antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra intempéries
Nível de sinal
Frequência
Valor de referência
Simétricas
Fixa de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-94dB (6 Mbps)
5,700 – 5,800 GHz
Valor coletado
Simétricas
Fixa de Acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-89 / -91 dB
5,180 GHz
67
Item
Potência EIRP
Valor de referência
54 dBm (33+21)
Valor coletado
50 dBm
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4.2.1.2 Linhas de transmissão
As linhas de transmissão utilizadas no enlace são do tipo industrial, possuem 2 m de
comprimento em ambos os pontos do enlace e utilizam três conectores em cada linha. O
isolamento dos conectores tem as três camadas necessárias.
Na tabela 3 são expostos os dados coletados e já parametrizados conforme é modelado
na subseção 4.1.1.2, que se referem à categoria “linhas de transmissão”.
Tabela 3 Parametrização – Linhas de transmissão 1
Item
Tipo de fabricação
Comprimento do cabo
Número de Conectores
Isolamento dos conectores
Valor de referência
Industrial
Menor possível
Menor possível
Totalmente isolado
Valor coletado
Industrial / Industrial
2m/2m
3/3
Totalmente isolado
4.2.1.3 Meio físico
Quanto ao “meio físico”, com o uso de um GPS, foi registrada a localização global dos
dois pontos do enlace. A tabela 4 mostra os dados coletados, necessários para a análise de
“linha de visada” e “zona de Fresnel” no software Radio Mobile.
Tabela 4 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 1
Item
Latitude
Longitude
Altura relativa ao solo
Frequência de operação
Potência de transmissão
Ganho da antena
Ponto 1
28º 28' 17,9" Sul
52º 48' 49,8" Oeste
40 m
5,170 – 5190 GHz
17 dBm
33 dBi
Ponto 2
28° 17' 51,1" Sul
52° 43' 58,2" Oeste
71 m
5,170 – 5,190 GHz
17 dBm
33 dBi
Os dados coletados foram introduzidos no software Radio Mobile que retornou como
resultado a figura 21 que mostra a “linha de visada” desobstruída e a “zona de Fresnel” com
obstrução parcial de 25%.
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68
Figura 21 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 1
Quanto ao “nível de interferências” no enlace, o software disponibilizado pelo sistema
do transceptor indicou -102 dB em ambos os pontos da conexão.
A tabela 5 mostra os dados parametrizados referentes ao “meio físico” conforme o
modelo descrito na subseção 4.1.1.3 deste trabalho.
Tabela 5 Parametrização – Meio físico 1
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de interferências
Valor de referência
Sem obstrução
Até 40%
Menor que -95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
25 %
-102 dB / -102 dB
4.2.1.4 Desempenho
Na categoria “desempenho”, os resultados do link como um todo são expostos. A
tabela 6 mostra os valores coletados para posterior comparação e é baseada nas definições da
subseção 4.1.1.4.
Tabela 6 Parametrização – Desempenho 1
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor de referência
Não aplicável
Não aplicável
Não aplicável
Valor coletado
-89 dB / -91 dB
86 / 122 kbps
270 ms
O item “nível de sinal” foi transcrito da tabela 2, já que se refere ao mesmo valor e
será usado posteriormente para comparação.
O “throughput” máximo da conexão do ponto 1 para o ponto 2 marcou 86 kbps e do
ponto 2 para o ponto 1 marcou 122 kbps, porém não houve estabilidade na conexão e ambos
variaram.
O item “latência” da conexão variou muito. Em momentos sem tráfego de dados a
conexão, em média, marcava 270 ms. Já em momentos de tráfego de dados a “latência” subiu
para em torno de 3000 ms com algumas perdas, porém, para comparação, este parâmetro não
69
será considerado. Ele apenas mostra que se chegou ao limite do “throughput” e, quando isto
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acontece, a latência naturalmente sobe distorcendo a medição deste parâmetro.
4.2.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas
A presente subseção mostra as análises dos dados parametrizados e separados em
categorias, como foi definido na seção 4.1. Após a análise, serão aplicadas alterações aos
parâmetros que não se enquadraram aos seus valores de referência e uma nova coleta de dados
será feita para permitir a comparação do valor anterior com o valor após as alterações.
4.2.2.1 Antenas e transceptores
Analisando a tabela 2 que mostra os dados parametrizados a respeito das antenas e
transceptores do cenário 1, pode-se notar que nos itens “simetria das antenas”, “instalação
física”, “impedância”, “polarização”, “proteção contra intempéries” e “nível de sinal” não
serão necessários ajustes, já que os parâmetros se encontravam adequados aos seus valores de
referência. Porém, alguns ajustes foram necessários em itens como:
a) frequência: neste parâmetro os valores de referência aceitos eram de 5,700 até
5,800 GHz, porém foram encontrados 5,180 GHz nos dois transceptores do
enlace. Para tanto, foram alteradas as frequências de transmissão dos transceptores
para 5,745 GHz o que enquadrou o novo valor ao valor de referência;
b) potência EIRP: neste parâmetro o valor de referência é de até 54 dBm, os valores
encontrados foram de 50 dBm e se enquadram, porém, se tratando de um link de
longa distância, quanto mais potência EIRP disponível melhor será o nível de
sinal. Para que se tenha este ganho disponível, sem sair do enquadramento do
valor de referência, a potência de transmissão dos transceptores foi ajustada para
21 dBm gerando 54 dBm de potência EIRP em ambos os conjuntos de antena e
transceptor do enlace.
A tabela 7 mostra a evolução da categoria “antenas e transceptores” para o cenário 1.
Tabela 7 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 1
Item
Simetria das
antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Valor de
referência
Valor coletado
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
Simétricas
Simétricas
Nenhum
-
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétricas
Nenhum
Nenhum
Nenhum
-
70
Valor de
referência
Valor coletado
Sem danos
Sem danos
Nenhum
-94 dB (6 Mbps)
5,700 - 5,800
GHz
-89 / -91 dB
54 dBm (33+21)
50 / 50 dBm
Nenhum
Canal do
Transceptor
Potência dos
transceptores
(21 dBm)
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Item
Proteção contra
intempéries
Nível de sinal
Frequência
Potência IERP
5,180 GHz
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
-74 / -75 dB
5,745 GHz
54 / 54 dBm
4.2.2.2 Linhas de transmissão
Analisando a tabela 3, referente à categoria “linhas de transmissão” do cenário 1,
verifica-se que todos os itens se encontram adequados aos seus valores de referência, não
sendo necessário nenhum ajuste. A tabela 8 mostra que, como não houve ajustes, os valores
coletados anteriormente não sofrem alterações.
Tabela 8 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 1
Item
Tipo de
fabricação
Comprimento
Número de
Conectores
Impedância
Isolamento dos
conectores
Valor de
referência
Industrial /
Industrial
Menor possível
Valor coletado
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
Industrial /
Industrial
2m/2m
Nenhum
-
Nenhum
-
Menor possível
3/3
Nenhum
-
50 Ohms
Totalmente
isolado
50 Ohms
Totalmente
isolado
Nenhum
-
Nenhum
-
4.2.2.3 Meio-físico
Como ocorreu na categoria “linhas de transmissão”, a categoria “meio físico” não
precisou de ajustes. Logo, a tabela 9 mostra os valores coletados sem alterações.
Tabela 9 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 1
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de
Interferências
Valor de
referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que
-95 dB
Sem obstrução
25 %
Ajuste
executado
Nenhum
Nenhum
-102 / -102 dB
Nenhum
Valor coletado
Valor após
ajuste
-
71
4.2.2.4 Desempenho
A categoria “antenas e transceptores” foi a única que precisou de ajustes e, estes
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ajustes, geraram alterações nos dados coletados após os ajustes na tabela 10 que se refere a
categoria “desempenho”.
Tabela 10 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 1
Item
Valor coletado
Nível de sinal
-89 / -91 dB
Throughput
Latência
86 / 122 kbps
270 ms
Ajuste executado
Canal e potência dos
transceptores
Nível de sinal
Nível de sinal
Valor após ajuste
-74 / -75 dB
12790 / 12730 kbps
5 ms
Os novos valores serão verificados na subseção 4.2.3, onde serão expostos os
resultados referentes às alterações nos itens medidos após os ajustes.
4.2.3 Resultados
Ao final da análise das tabelas da subseção 4.2.2, fica claro que o maior erro cometido
na implantação inicial da conexão foi de configuração. O instalador não levou em
consideração o fato de a antena não ter sido construída para a frequência configurada no
transmissor dos transceptores. Soma-se a isso a possibilidade de aumentar a potência EIRP.
Alterando a frequência de transmissão para 5.745 GHz, a irradiação de potência será
dentro da faixa de frequência de atuação ideal da antena, explorando de forma correta o uso
da mesma. Além da frequência de transmissão, foi alterada a potência de transmissão dos
transceptores para 21 dBm, que passou a aproveitar todo o potencial liberado em legislação
pela ANATEL.
O “nível de sinal” teve um aumento total de 16 dB, e chegou a -75 dB, para a recepção
de sinal do ponto 1, e 15 dB, chegando a -74 dB, para a recepção de sinal do ponto 2.
Seguindo-se as normas e as técnicas, sugeridas na revisão de literatura do capítulo 2 e
modeladas através das tabelas de parametrização descritas na seção 4.1, os ajustes alteraram o
nível de sinal, que era justamente o problema notado já na primeira tabela de coleta de dados
e parametrização na subseção 4.2.1.1. Isso mostra que as tabelas foram corretamente
dimensionadas para o cenário 1 e atingiram seu objetivo, que é guiar a pessoa que as utiliza
até a solução dos problemas possíveis nos links estudados.
O usuário da conexão relatou uma melhora significativa a ponto de a utilização se
tornar viável, o que não ocorria antes dos ajustes. Com a melhora no “nível de sinal”, a
72
“latência” e o “throughput” melhoraram muito em, como são estes parâmetros que dão a
impressão de rapidez de acesso e definem o volume de dados que o link suporta trafegar, o
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usuário notou a melhora. Vistos estes resultados, é possível notar que, embora não seja um
fator exclusivo, é fundamental aumentar o nível de sinal da conexão para se ter melhor
desempenho em uma conexão Wi-fi.
Pode-se perceber, ainda, que não adianta utilizar equipamentos adequados e de
qualidade, se todas as variáveis que influenciam uma conexão sem fio não forem
consideradas. Alterando apenas a frequência de transmissão, o resultado melhorou muito e
passou viabilizar o uso do enlace para a sua finalidade.
4.3 Cenário 2
O estudo de caso do cenário 2 atende a necessidade de uma empresa que possui vários
links de comunicação para interligar quatro filiais em uma mesma cidade. O caso estuda um
destes links que atende a interligação entre a matriz e a filial 4. A distância entre os dois
pontos é de 1,728 km. A conexão é lenta e aparenta parar de responder em determinados
momentos, porém, nestes momentos, a conexão não se desfaz.
O usuário relatou que a conexão funcionava corretamente, mas após aproximadamente
três meses de uso se tornou muito lenta e, com o passar do tempo, tem piorado ainda mais.
4.3.1 Coleta e parametrização dos dados
A coleta de dados e a parametrização deste estudo de caso são desenvolvidos
conforme as definições descritas na subseção 4.1.1 deste trabalho. As subseções seguintes
mostram os dados coletados e parametrizados envolvidos na conexão deste estudo de caso.
4.3.1.1 Antenas e transceptores
Os equipamentos que compõem o link são iguais nos dois pontos do enlace.
Quanto às antenas, homologadas pela ANATEL, são produzidas sob o modelo MM5825 do fabricante Aquario e do tipo parábola direcional sólida. Consultando a literatura das
mesmas verifica-se que possuem impedância de 50 Ohms, operam entre 5,725 e 5,875 GHz,
têm ganho de 25 dBi e polarização horizontal. O suporte de fixação de ambas está bem fixado
e não sofrerá com a ação dos ventos. A proteção contra intempéries não apresenta danos.
Os transceptores, também homologados pela ANATEL, são fabricados pela Mikrotik
sob o modelo R52H. A potência de transmissão configurada é de 16 dBm para o ponto 1 e 10
73
dBm para o ponto 2. A frequência de transmissão está configurada para 5,745 GHz.
Consultando a documentação do transceptor, encontra-se a sensibilidade de -90 dB a 6 Mbps.
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Quanto ao nível de sinal nos dois pontos, no ponto 1 obteve-se -71 dB e no ponto2, -79 dB.
Com as potências de transmissão e o ganho das antenas, calculou-se potência EIRP de 41
dBm para o ponto 1 e 35 dBm para o ponto 2.
Na tabela 11 são expostos os dados parametrizados a respeito das antenas e
transceptores. A subseção 4.1.1.1 discrimina a origem dos dados expressos na tabela 11.
Tabela 11 Parametrização – Antenas e transceptores 2
Item
Simetria das antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra intempéries
Nível de sinal
Frequência
Potência EIRP
Valor de referência
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-90 dBm (6 Mbps)
5,725 - 5,875 GHz
48 dBm (25+24)
Valor coletado
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-71 / -79 dB
5,745 GHz
41 / 35 dBm
4.3.1.2 Linhas de transmissão
As linhas de transmissão empregadas nos equipamentos são do tipo caseiro, ou seja,
não foram construídas por equipamentos especializados, e sim por pessoas capacitadas ou
não. Possuem 3,5 m de comprimento no ponto 1 e 3,2 m no ponto 2. Utilizam cinco
conectores na linha de transmissão do ponto 1 e três conectores na linha de transmissão do
ponto 2. O isolamento dos conectores é feito apenas com fita isolante, ou seja, apenas
isolamento elétrico.
A tabela 12 mostra os dados, modelados pela subseção 4.1.1.2, que se referem à
categoria “linhas de transmissão”.
Tabela 12 Parametrização – Linhas de transmissão 2
Item
Tipo de fabricação
Comprimento do cabo
Número de Conectores
Isolamento dos conectores
Valor de referência
Industrial
Menor possível
Menor possível
Totalmente isolado
Valor coletado
Caseiro / Caseiro
3,5 m / 3,2 m
5/3
Apenas elétrico
4.3.1.3 Meio físico
Para a categoria “meio físico”, a tabela 13 mostra os dados coletados, necessários para
a análise de “linha de visada” e “zona de Fresnel” no software Radio Mobile.
74
Tabela 13 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 2
BDU – Biblioteca Digital da UNIVATES (http://www.univates.br/bdu)
Item
Latitude
Longitude
Altura relativa ao solo
Frequência de operação
Potência de transmissão
Ganho da antena
Ponto 1
28° 27' 14,22" Sul
52º 49' 4,58" Oeste
8m
5,735 – 5,755 GHz
16 dBm
25 dBi
Ponto 2
28° 28' 9,78" Sul
52° 48' 55,16" Oeste
12 m
5,735 – 5,755 GHz
10 dBm
25 dBi
Com o uso do software Radio Mobile, os dados coletados resultaram na figura 22 que
mostra a “linha de visada” e “zona de Fresnel” desobstruídas.
Figura 22 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 2
O “nível de interferências” foi coletado com o auxilio do software disponibilizado pelo
sistema do transceptor, e o valor obtido foi de -96 dB para ambos os pontos.
A parametrização dos dados referentes ao “meio físico” do cenário 2 são expostos na
tabela 14.
Tabela 14 Parametrização – Meio físico 2
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de interferências
Valor de referência
Sem obstrução
Até 40%
Menor que -95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
0%
-96 dB / -96 dB
4.3.1.4 Desempenho
A tabela 15 mostra a parametrização dos valores referentes à categoria “desempenho”,
e é baseada nas definições da subseção 4.1.1.4.
Tabela 15 Parametrização – Desempenho 2
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor de referência
Não aplicável
Não aplicável
Não aplicável
Valor coletado
-71 dB / -79 dB
1950 / 863 kbps
23 ms
75
O item “nível de sinal” é o mesmo coletado para a tabela 11 e será usado para
comparação posterior.
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O “throughput” da conexão do ponto 1 para o ponto 2, medido através do software
disponível no sistema do transceptor, indicou 1950 kbps, e do ponto 2 para o ponto 1 marcou
863 kbps. Há instabilidade na conexão, a taxa de transferência não se mantém estável. Há
momentos em que a conexão cessa. No geral, é uma conexão lenta e intermitente, embora o
link não se desfaça.
Quanto ao item “latência”, a média nas medições foi de 23 ms, sendo medido em
momentos em que a conexão não apresentava trafego de dados pelo software disponível no
sistema do transceptor.
4.3.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas
Nesta subseção serão apresentadas as análises dos dados e serão aplicadas alterações
aos parâmetros que não se enquadraram aos seus valores de referência. Em seguida, será feita
uma nova coleta de dados o que permitirá a comparação entre os valores antes das alterações
e depois delas.
4.3.2.1 Antenas e transceptores
Ao analisar a tabela 11, que se refere aos dados parametrizados da categoria “antenas e
transceptores” do cenário 2, nota-se que nos itens “simetria das antenas”, “instalação física”,
“impedância”, “polarização”, “proteção contra intempéries”, “nível de sinal” e “frequência”
os parâmetros coletados e parametrizados se enquadram aos seus valores de referência, logo,
não precisam de ajustes. No entanto, um parâmetro será ajustado:
a) potência EIRP: o valor de referência, segundo a ANATEL é de até 48 dBm, os
valores encontrados foram de 41 dBm no ponto 1 e 35 dBm no ponto 2. Estes
valores se enquadram aos valores de referência, porém, pode-se aumentar a
potência de transmissão sem infringir nenhuma norma da ANATEL. Esta
alteração aumentará o sinal recebido nos transceptores e, consequentemente,
melhorará a tolerância às interferências. Para não sair do enquadramento do valor
de referência, a potência de transmissão dos transceptores foi ajustada para 23
dBm nos dois pontos, que somado com o ganho das antenas (25 dBi), gera 48
dBm de potência EIRP. Para uma antena de 25 dBi, considera-se 27 dBi, já que a
76
ANATEL define que a cada 3 dBi há alteração na potência de transmissão
permitida.
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A tabela 16 mostra as alterações nos itens da categoria “antenas e transceptores” do
cenário 2.
Tabela 16 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 2
Item
Simetria das
antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra
intempéries
Nível de sinal
Frequência
Potência IERP
Valor de
referência
Valor coletado
Simétricas
Simétricas
Nenhum
-
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétricas
Nenhum
Nenhum
Nenhum
-
Sem danos
Sem danos
Nenhum
-
-71 / -79 dB
Nenhum
-
5,745 GHz
Nenhum
-
41 / 35 dBm
Potência dos
transceptores
(23 dBm)
-90 dBm
(6 Mbps)
5,725 – 5,875
GHz
48 dBm (25+23)
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
48 / 48 dBm
4.3.2.2 Linhas de transmissão
Com a análise da tabela 17, que se refere à análise e alterações na categoria “linhas de
transmissão” do cenário 2, verifica-se que os cabos são de fabricação caseira, o que não é o
ideal. Além disso, o comprimento dos cabos e, principalmente, os cinco conectores
encontrados no cabo do ponto 1, não são adequados.
O item impedância não precisou de nenhuma alteração, porém, “tipo de fabricação”,
“comprimento do cabo”, “número de conectores” e “isolamento dos conectores” precisaram
de alterações. Para corrigir os parâmetros que não se enquadraram a seus valores de
referência, as linhas de transmissão foram substituídas por linhas do tipo industrial com 2 m
de comprimento e três conectores em cada linha. Quanto ao isolamento, foi totalmente refeito,
obedecendo às orientações da revisão de literatura deste trabalho descritas na subseção
2.2.11.2. A tabela 17 expõe os resultados obtidos com as alterações aplicadas.
Tabela 17 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 2
Item
Tipo de
fabricação
Valor de
referência
Industrial /
Industrial
Valor coletado
Caseiro /
Caseiro
Ajuste
executado
Substituído por
cabos industriais
Valor após
ajuste
Industrial /
Industrial
77
Valor de
referência
Valor coletado
Menor possível
3,5 m / 3,2 m
Menor possível
5/3
50 Ohms
Totalmente
isolado
50 Ohms
Item
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Comprimento
Número de
Conectores
Impedância
Isolamento dos
conectores
Apenas elétrico
Ajuste
executado
Alterado na
troca dos cabos
Alterado na
troca dos cabos
Nenhum
Isolamento
refeito
Valor após
ajuste
2m/2m
3/3
Totalmente
isolado
4.3.2.3 Meio-físico
Como se pode verificar na tabela 18, referente à categoria “meio físico”, não foram
necessários ajustes.
Tabela 18 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 2
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de
Interferências
Valor de
referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que
-95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
0%
-96 / -96 dB
Ajuste
executado
Nenhum
Nenhum
Valor após
ajuste
-
Nenhum
-
4.3.2.4 Desempenho
As categorias “antenas e transceptores” e “linhas de transmissão” precisaram de
ajustes, e estes geraram as alterações observadas na tabela 19, que se refere à categoria
“desempenho”.
Tabela 19 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 2
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor coletado
-71 / -79 dB
1950 / 863 kbps
23 ms
Ajuste executado
Troca das linhas de
transmissão
Troca das linhas de
transmissão
Troca das linhas de
transmissão
Valor após ajuste
-64 / -64 dB
23781 / 23702 kbps
1 ms
Os novos valores serão comentados na subseção 4.3.3, que expõe os resultados dos
ajustes feitos no link.
78
4.3.3 Resultados
Ao final da análise das tabelas da subseção 4.2.2, pode-se notar que o problema do link
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era gerado pela má instalação das linhas de transmissão, que causava intermitência
proveniente da oxidação dos condutores, por não terem o isolamento adequado contra
infiltração.
Trocando-se as linha de transmissão por linhas do tipo industrial, reduzindo o número
de conectores no ponto 1 e diminuindo o comprimento das linhas, a conexão voltou a
funcionar. O isolamento contra intempéries foi refeito utilizando-se as três camadas
recomendas por Flickenger et al. (2007) na subseção 2.2.11.2 deste trabalho. O novo
isolamento vai evitar que a conexão perca desempenho com o passar do tempo por oxidação
das linhas de transmissão, como ocorreu anteriormente.
Segundo o usuário da conexão, houve ainda um ganho de desempenho comparado ao
que era antes de começar a passar pelos problemas. Este ganho é explicado pelo menor
número de conectores e menor comprimento nas linhas de transmissão, somado ao fato de as
linhas novas serem do tipo industrial, que são muito mais precisas, e com isso geram um
desempenho melhor que as linhas de transmissão do tipo caseiras.
Com estas alterações nas linhas de transmissão, o “nível de sinal” obteve ganho de 7
dB para o ponto 1, chegando a -64 dB, enquanto no ponto 2 o ganho foi de 15 dB, chegando
também a -64 dB.
O melhor “nível de sinal” trouxe melhora no “throughput” e na “latência” da conexão.
Como estes parâmetros são compostos pela média dos seus valores medidos, sem as
intermitências na conexão, a média sobe muito e deixa a conexão em perfeito estado de
funcionamento, alcançando “throughput” de mais de 23 Mbps para ambas as direções da
conexão e “latência” de 1 ms na média.
Pode-se notar que a má conservação das linhas de transmissão traz efeitos degradantes
ao link que aparentemente não tem motivo para acontecer. Se analisarmos o “nível de sinal”
antes das alterações, o mesmo não aparentava nenhum problema, porém mesmo assim, o
“throughput” não era o ideal. Ao resolver o problema das linhas de transmissão, tudo voltou a
funcionar como deve.
79
4.4 Cenário 3
No cenário 3, o link estudado interliga o ponto central da rede Wi-fi de uma empresa a
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um dos seus pontos de repetição. A distância entre os dois pontos é de 9,725 km. O problema
relatado é que a conexão ficou lenta após alguns meses de uso.
4.4.1 Coleta e parametrização dos dados
Coletaram-se dados conforme as definições da subseção 4.1.1 e estes são
parametrizados nas subseções seguintes.
4.4.1.1 Antenas e transceptores
Quanto a “antenas e transceptores”, os equipamentos são simétricos. As antenas são do
tipo parábola direcional sólida, produzidas pelo fabricante Zirok sob o modelo WLL-905 e
homologadas pela ANATEL. Segundo a literatura que acompanha as antenas, a sua
impedância é 50 Ohms, opera entre 5,150 e 5,850 GHz, tem ganho de 30 dBi e polarização
vertical. Os suportes de fixação dos dois pontos estão bem fixados e não há risco de
desalinhamento das antenas pela ação dos ventos. Não há danos à proteção contra
intempéries.
Os transceptores são fabricados pela Mikrotik sob o modelo R52H e possuem
homologação da ANATEL. A potência de transmissão configurada é de 17 dBm para ambos
os pontos. A frequência de transmissão está configurada para 5,180 GHz. Consultando a
documentação que acompanha o transceptor, identificou-se que a sensibilidade do mesmo é
de -90 dB a 6 Mbps. O nível de sinal medido no ponto 1 foi de -78 dB e no ponto2, de -81 dB.
Com base nas informações de potências de transmissão e ganho das antenas chegou-se à
potência EIRP de 47 dBm para ambos os pontos.
Conforme descrito na subseção 4.1.1.1, a tabela 20 mostra os dados coletados e
parametrizados referentes à categoria “antenas e transceptores”.
Tabela 20 Parametrização – Antenas e transceptores 3
Item
Simetria das antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra intempéries
Nível de sinal
Frequência
Valor de referência
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-90 dBm (6 Mbps)
5,150 – 5,850 GHz
Valor coletado
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-78 / -81 dB
5,180 GHz
80
Item
Potência EIRP
Valor de referência
52 dBm (30+22)
Valor coletado
47 / 47 dBm
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4.4.1.2 Linhas de transmissão
As linhas de transmissão são do tipo caseiro, com 2 m de comprimento no ponto 1 e
2,5 m no ponto 2 e utilizando 3 conectores cada linha. O isolamento dos conectores
encontrado é apenas elétrico (fita isolante).
Na tabela 21 mostram-se os dados parametrizados que se referem à categoria “linhas
de transmissão”.
Tabela 21 Parametrização – Linhas de transmissão 3
Item
Tipo de fabricação
Comprimento do cabo
Número de Conectores
Isolamento dos conectores
Valor de referência
Industrial / Industrial
Menor possível
Menor possível
Totalmente isolado
Valor coletado
Caseiro / Caseiro
2 m / 2,5 m
3/3
Apenas elétrico
4.4.1.3 Meio físico
Na tabela 22 são expostos os dados coletados para auxiliar na análise de “linha de
visada” e “zona de Fresnel” através do software Radio Mobile.
Tabela 22 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 3
Item
Latitude
Longitude
Altura relativa ao solo
Frequência de operação
Potência de transmissão
Ganho da antena
Ponto 1
28° 38’ 33,27” Sul
53° 5’ 45,80” Oeste
33 m
5,170 – 5,190 GHz
17 dBm
30 dBi
Ponto 2
28° 33’ 45,00” Sul
53° 8’ 12,49” Oeste
43 m
5,170 – 5,190 GHz
17 dBm
30 dBi
Após a inserção dos dados coletados no software Radio Mobile, obtém-se como
resultado a figura 23 que mostra a “linha de visada” desobstruída e a “zona de Fresnel”
parcialmente obstruída em 35%.
Figura 23 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 3
81
Quanto ao “nível de interferências”, foi coletado o valor de -96 dB para ambos os
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pontos.
A parametrização dos dados do cenário 3 referentes ao “meio físico” é mostrada na
tabela 23.
Tabela 23 Parametrização – Meio físico 3
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de interferências
Valor de referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que -95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
35 %
-97 / -99 dB
4.4.1.4 Desempenho
Quanto à categoria “desempenho”, a tabela 15 mostra os valores coletados baseandose nas definições da subseção 4.1.1.4.
Tabela 24 Parametrização – Desempenho 3
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor de referência
Não aplicável
Não aplicável
Não aplicável
Valor coletado
-78 / -81 dB
3688 / 3107 kbps
7 ms
Referente ao “nível de sinal”, que é coletado para comparação posterior, tem-se o
mesmo valor informado na tabela 20.
Quanto ao item “throughput”, no sentido do ponto 1 para o ponto 2, mede-se 3688
kbps, e do ponto 2 para o ponto 1, 3107 kbps. Não houve instabilidade na conexão, mas a
mesma é muito mais lenta do que era quando foi implantada.
No item “latência”, mede-se 7 ms de média através do software disponível no sistema
do transceptor em momentos onde não havia trafego de dados no link.
4.4.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas
Nas subseções a seguir, serão apresentadas as análises dos dados parametrizados
referentes ao cenário 3, serão aplicadas alterações aos itens que não se enquadrarem a seus
valores de referência e os resultados destas alterações serão mensurados novamente.
82
4.4.2.1 Antenas e transceptores
Com a análise da tabela 20, pode-se notar que os itens “simetria das antenas”,
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“instalação física”, “impedância”, “polarização”, “proteção contra intempéries”, “nível de
sinal” e “frequência” não sofreram qualquer alteração. Já o item potência EIRP será ajustado:
a) potência EIRP: segundo a ANATEL para antenas de 30 dBi pode-se usar até 22
dBm de potência de transmissão no transceptor, o que resulta em 52 dBm de
potência EIRP. Os valores encontrados foram de 47 dBm em ambos os pontos do
enlace. Embora se enquadrem à legislação, pode-se aumentar a potência dos
transceptores para 22 dBm sem infringir a regulamentação da ANATEL.
A tabela 25, referente à categoria “antenas e transceptores” do cenário 3, expõe a
alteração citada acima.
Tabela 25 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 3
Item
Simetria das
antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra
intempéries
Nível de sinal
Frequência
Potência IERP
Valor de
referência
Valor coletado
Simétricas
Simétricas
Nenhum
-
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Nenhum
Nenhum
Nenhum
-
Sem danos
Sem danos
Nenhum
-
-78 / -81 dB
Nenhum
-
5,180 GHz
Nenhum
-
47 / 47 dBm
Potência dos
transceptores
-90 dBm
(6 Mbps)
5,150 – 5,850
GHz
52 dBm (30+22)
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
52 dBm
4.4.2.2 Linhas de transmissão
Analisando a tabela 26 referente à categoria “linhas de transmissão” do cenário 3,
nota-se que, embora os parâmetros “comprimento do cabo”, “número de conectores” e
impedância estejam corretos, os parâmetros “tipo de fabricação” e “isolamento dos
conectores” não estão de acordo com seus valores de referência:
a) tipo de fabricação: os cabos do tipo caseiros não são os ideais para o uso, já que
são construídos por pessoas, capacitadas ou não. E cabos do tipo industrial têm
muito menos chances de apresentar problemas de montagem ou fabricação;
b) isolamento dos conectores: os isolamentos dos conectores são adequados apenas
para descargas elétricas, o que permite a infiltração de água e a consequente
83
oxidação das linhas de transmissão. O isolamento foi refeito conforme as técnicas
sugeridas por Flickenger et al. (2007) na subseção 2.2.11.2 deste trabalho.
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Em função da troca do tipo das linhas de transmissão, os parâmetros “comprimento do
cabo” e o “número de conectores” também sofreram alteração, porém, estes itens, não
alteraram nada no desempenho do conjunto anterior.
Tabela 26 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 3
Valor de
referência
Industrial /
Industrial
Item
Tipo de
fabricação
Comprimento
Número de
Conectores
Impedância
Isolamento dos
conectores
Valor coletado
Caseiro /
Caseiro
Menor possível
2 m / 2,5 m
Menor possível
3/3
50 Ohms
Totalmente
isolado
50 Ohms
Apenas elétrico
Ajuste
executado
Substituído por
cabos industriais
Alterado na
troca dos cabos
Nenhum
Nenhum
Isolamento
refeito
Valor após
ajuste
Caseiro /
Caseiro
2m/2m
3/3
Totalmente
isolado
4.4.2.3 Meio-físico
Como se pode observar na tabela 27, não foram necessários ajustes na categoria linhas
de transmissão, porém nota-se que a “zona de Fresnel” atingiu 35 % de obstrução e ficou
próxima do seu limite que é de 40 %. Segundo Battisti (2011), transcrito na subseção 2.2.12
deste trabalho, um link tem perdas significativas na conexão quando passa de 20 % de
obstrução, porém, só se torna inviável com mais de 40 % de obstrução. Deste modo, é
desejável que se melhore a obstrução do link, porém, como neste caso isto não inviabiliza o
link, e uma alteração na altura da instalação dos equipamentos envolvidos demanda a
construção de torres mais altas, já que as duas torres atuais deste link já estão usando sua
altura máxima, esta correção não será aplicada em virtude do custo que ela gera com relação
ao benefício que trará.
Tabela 27 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 3
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de
Interferências
Valor de
referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que
-95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
35 %
-97 / -99 dB
Ajuste
executado
Nenhum
Nenhum
Nenhum
Valor após
ajuste
-
84
4.4.2.4 Desempenho
A exemplo do cenário 2, o cenário 3 teve alterações nas categorias “antenas e
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transceptores” e “linhas de transmissão”. Estas alterações geraram mudanças observadas na
tabela 28, que é referente à categoria “desempenho”.
Tabela 28 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 3
Item
Valor coletado
Nível de sinal
Throughput
Latência
-78 / -81 dB
3688 / 3107 kbps
7 ms
Ajuste executado
Troca das linhas de
transmissão e ajuste
de potência dos
transceptores
Ganho de sinal
Ganho de sinal
Valor após ajuste
-71 / -71 dB
12334 / 12295 kbps
2 ms
Os novos valores da tabela 28 serão descritos na subseção 4.4.3 que expõe os
resultados práticos dos ajustes executados na conexão.
4.4.3 Resultados
Verificando as tabelas de análise da subseção 4.4.2, observa-se que o problema estava,
à exemplo do cenário 2, localizado na má instalação das linhas de transmissão. A falta de
isolamento correto permitiu a oxidação dos condutores. Além disto, foi alterada a potência de
transmissão que conferiu uma margem de operação maior para o nível de sinal do link.
Com a troca das linhas de transmissão e o correto isolamento dos conectores, a
conexão voltou a funcionar normalmente, e é provável que não volte a ter problemas futuros
quanto à oxidação, já que o isolamento contra intempéries foi refeito utilizando-se as três
camadas recomendas por Flickenger et al. (2007) na subseção 2.2.11.2 deste trabalho.
Com a substituição das linhas de transmissão, o “nível de sinal” aumentou 7 dB no
ponto 1 e 10 dB no ponto 2.
O “throughput” e a “latência” da conexão melhoram por serem compostos pela média
dos seus valores medidos, e sem as intermitências na conexão causadas pelas linhas de
transmissão oxidadas, o “throughput” aumentou nos dois sentidos para mais de 12 Mbps e a
“latência” melhorou de 7 ms para 2 ms na média.
Novamente, como no cenário 2, pode-se notar que as linhas de transmissão oxidadas
pela umidade degradaram o desempenho do link.
85
As tabelas de parametrização e análise cumpriram seu propósito de auxiliar e agilizar a
resolução de problemas para o cenário 3, visto que através delas foi possível identificar e
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aplicar a correção ao problema do enlace estudado.
4.5 Cenário 4
O quarto cenário refere-se a uma conexão da sede de uma empresa com uma de suas
filiais, a uma distância de 11,125 km. Segundo o relato do usuário, após uma forte tempestade
o link parou de funcionar. Decorridos mais alguns dias, o mesmo voltou a funcionar, porém
muito lento.
4.5.1 Coleta e parametrização dos dados
Fez-se a coleta de dados e a parametrização dos mesmos conforme é descrito na
subseção 4.1.1 deste trabalho. Nas subseções seguintes são expostos os dados parametrizados
referentes ao cenário 4.
4.5.1.1 Antenas e transceptores
Antenas e transceptores são iguais no ponto 1 e no ponto 2, ou seja, são simétricos.
Além disso, todos são homologados pela ANATEL.
As antenas são do tipo parábola direcional sólida, produzidas pelo fabricante Aquario
e de modelo MM-5825. Segundo o que é informado na literatura que as acompanha, verificase que a impedância é de 50 Ohms, têm sua frequência de operação entre 5,725 e 5,875 GHz,
ganho de 25 dBi e polarização vertical. O suporte de fixação do ponto 1 está bem fixo, e não
corre risco de ser deslocado por ventos, porém o suporte do ponto 2 está solto e certamente já
foi deslocado pelo vento. A instalação do mesmo não foi feita com um suporte adequado e
possui parafusos improvisando um calço na fixação do suporte. A proteção contra intempéries
não apresenta nenhum dano.
Os transceptores fabricados pelo fabricante Mikrotik sob o modelo R52H, têm sua
potência de transmissão configurada para 23 dBm nos dois pontos do enlace. A frequência de
transmissão está configurada para 5,745 GHz. Consultando a literatura que acompanha o
transceptor, adquire-se a sensibilidade de -90 dB a 6 Mbps. O nível de sinal obtido no ponto 1
é -68 dB e no ponto 2, de -85 dB. Calcula-se a potência EIRP de 48 dBm para ambos os
pontos.
86
A tabela de parametrização referente à categoria “antenas e transceptores” é
identificada como tabela 29, e é construída observando o modelo descrito na subseção 4.1.1.1.
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Tabela 29 Parametrização – Antenas e transceptores 4
Item
Simetria das antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra intempéries
Nível de sinal
Frequência
Potência EIRP
Valor de referência
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-90 dBm (6 Mbps)
5,725 – 5,875 GHz
48 dBm (25+23)
Valor coletado
Simétricas
Fixo de acordo / Solto
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-68 / -85 dB
5,745 GHz
48 / 48 dBm
4.5.1.2 Linhas de transmissão
As linhas de transmissão empregadas nos equipamentos são do tipo industrial com 2 m
de comprimento e três conectores em cada ponto do enlace. Quanto ao isolamento dos
conectores, possui as três camadas de proteção recomendadas na transcrição de Flickenger et
al. (2007) na subseção 2.2.11.2 deste trabalho.
A tabela 30 mostra os dados que se referem à categoria “linhas de transmissão” do
cenário 4.
Tabela 30 Parametrização – Linhas de transmissão 4
Item
Tipo de fabricação
Comprimento do cabo
Número de Conectores
Isolamento dos conectores
Valor de referência
Industrial / Industrial
Menor possível
Menor possível
Totalmente isolado
Valor coletado
Industrial / Industrial
2m/2m
3/3
Totalmente isolado
4.5.1.3 Meio físico
Para a categoria “meio físico”, a tabela 31 expõe os dados coletados para auxiliar a
análise de “linha de visada” e “zona de Fresnel” no software Radio Mobile.
Tabela 31 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 4
Item
Latitude
Longitude
Altura relativa ao solo
Frequência de operação
Potência de transmissão
Ganho da antena
Ponto 1
28° 38’ 33,27” Sul
53° 5’ 45,80” Oeste
30 m
5,735 – 5,755 GHz
22 dBm
25 dBi
Ponto 2
28° 44’ 34,27” Sul
53° 5’ 12,07” Oeste
32 m
5,735 – 5,755 GHz
22 dBm
25 dBi
87
O software Radio Mobile processou os dados coletados na tabela 30 e forneceu como
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resultado a figura 24, que mostra a “linha de visada” e “zona de Fresnel” desobstruídas.
Figura 24 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 4
Quanto ao “nível de interferências”, foi coletado com o auxilio do software
disponibilizado pelo sistema do transceptor e o valor -98 dB para o ponto 1 e -102 dB para o
ponto 2.
A tabela 32 mostra a parametrização dos dados referentes ao “meio físico”.
Tabela 32 Parametrização – Meio físico 4
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de interferências
Valor de referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que -95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
0%
-98 / -102 dB
4.5.1.4 Desempenho
A tabela 33 mostra a parametrização dos valores referentes à categoria “desempenho”,
e é baseada nas definições da subseção 4.1.1.4.
Tabela 33 Parametrização – Desempenho 4
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor de referência
Não aplicável
Não aplicável
Não aplicável
Valor coletado
-68 / -85 dB
2465 / 936 kbps
5 ms
O “nível de sinal” é obtido da mesma forma que na tabela 29, através do indicador do
sistema do transceptor.
O item “throughput” no sentido do ponto 1 para o ponto 2, medido através do software
disponível no sistema do transceptor, indicou 2465 kbps, e no sentido do ponto 2 para o ponto
1 indicou 936 kbps. A conexão não é interrompida em nenhum momento, mas é notoriamente
lenta.
88
Quanto ao item “latência”, na média nas medições obteve-se 5 ms, sendo medido em
momentos em que a conexão não apresentava trafego de dados pelo software disponível no
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sistema do transceptor.
4.5.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas
As subseções seguintes apresentam as análises dos dados coletados e parametrizados,
as alterações sugeridas, e os valores coletados após as alterações referentes ao cenário 4.
4.5.2.1 Antenas e transceptores
Quanto à análise dos dados parametrizados da categoria “antenas e transceptores” do
cenário 4, a tabela 29 aponta que os itens “simetria das antenas”, “impedância”,
“polarização”, “proteção contra intempéries”, “frequência” e “potência EIRP” se enquadram a
seus valores de referência e não precisam de ajustes. Porém, os parâmetros “instalação física”
e “nível de sinal” não estão satisfatórios e serão ajustados:
a) instalação física: a instalação física tem problemas. Embora o suporte do ponto 2
esteja intacto, o suporte do ponto 1 está solto e com sua fixação totalmente
comprometida. A ação dos ventos deslocou a antena para fora de seu alinhamento
e danificou o suporte. O suporte foi substituído, e a antena foi fixada
corretamente, de modo que o suporte se encaixa perfeitamente à torre, sem o risco
de ser movimentado pela ação dos ventos.
b) nível de sinal: como o suporte teve sua posição alterada, fica evidente que o nível
de sinal ruim no ponto 2 é decorrente deste desalinhamento no ponto 1. É
oportuno comentar que, como a antena do ponto 2 estava desalinhada, esta
enviava sinais para um ponto onde a antena do ponto 1 não obtinha boa recepção,
o nível de sinal para o ponto 1 era menor que para o ponto 2. Para corrigir tal
problema, o realinhamento das antenas foi executado e obteve-se um nível de
sinal aceitável de -62 dB para ambos os pontos da conexão. O processo de
alinhamento foi executado conforme a recomendação de Flickenger et al. (2007),
transcrita na subseção 2.2.10.5 deste trabalho.
A tabela 34 expõe as alterações nos itens da categoria “antenas e transceptores” do
cenário 2 e os valores coletados antes e depois das alterações.
89
Tabela 34 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 4
Valor de
referência
Valor coletado
Simétricas
Simétricas
Instalação física
Fixo de acordo
Solto / Fixo de
acordo
Impedância
Polarização
Proteção contra
intempéries
50 Ohms
Simétrica
50 Ohms
Simétrica
Substituição do
suporte no
ponto 1
Nenhum
Nenhum
Sem danos
Sem danos
Nenhum
-68 / -85 dB
Refeito processo
de alinhamento
5,745 GHz
Nenhum
-
48 / 48 dBm
Nenhum
-
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Item
Simetria das
antenas
-90 dBm
(6 Mbps)
5,725 - 5,875
GHz
48 dBm (25+23)
Nível de sinal
Frequência
Potência IERP
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
Nenhum
Fixado de
acordo
-62 / -62 dB
4.5.2.2 Linhas de transmissão
Com a análise da tabela 30, que se refere à análise e alterações na categoria “linhas de
transmissão” do cenário 2, observa-se que todos os parâmetros se enquadram aos seus valores
de referência, não sendo necessária nenhuma alteração
A tabela 35 mostra que não foi preciso ajustar nenhum parâmetro referente às “linhas
de transmissão” do cenário 4.
Tabela 35 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 4
Item
Tipo de
fabricação
Comprimento
Número de
Conectores
Impedância
Isolamento dos
conectores
Valor de
referência
Industrial /
Industrial
Menor possível
Valor coletado
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
Industrial /
Industrial
2m/2m
Nenhum
-
Nenhum
-
Menor possível
3/3
Nenhum
-
50 Ohms
Totalmente
isolado
50 Ohms
Totalmente
isolado
Nenhum
-
Nenhum
-
4.5.2.3 Meio-físico
Analisando a tabela 32, referente às alterações na categoria “meio físico”, observa-se
que, à exemplo da categoria “linhas de transmissão”, não foram necessários ajustes para o
cenário 4.
90
Tabela 36 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 4
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Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de
Interferências
Valor de
referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que
-95 dB
Sem obstrução
0%
Ajuste
executado
Nenhum
Nenhum
-98 / -102 dB
Nenhum
Valor coletado
Valor após
ajuste
-
4.5.2.4 Desempenho
Com as alterações na categoria “antenas e transceptores”, os valores da categoria
“desempenho” do cenário 4 foram alterados conforme é mostrado na tabela 37.
Tabela 37 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 4
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor coletado
-68 / -85 dB
5456 / 936 kbps
5 ms
Ajuste executado
Realinhamento e
substituição do
suporte da antena
Ganho de sinal
Ganho de sinal
Valor após ajuste
-62 / -62 dB
19043 / 19029 kbps
1 ms
Os novos valores serão comentados na subseção 4.5.3, que expõe os resultados dos
ajustes feitos no link.
4.5.3 Resultados
Ao analisar todas as tabelas da subseção 4.5.2, observa-se que o problema da conexão
originou-se na má instalação do suporte da antena. O mesmo não era adequado, pois não se
encaixava perfeitamente à torre e, por isso, foi calçado com parafusos. Em um dia de mau
tempo a ação dos ventos o deslocou, danificando-o. Com a troca do suporte e o realinhamento
das antenas, seguindo as recomendações de Flickenger et al. (2007) transcritas na subseção
2.2.10.5 deste trabalho, a conexão voltou ao seu funcionamento normal.
As correções resultaram em um “nível de sinal” de -62 dB nos dois pontos do enlace,
sendo que, antes das alterações, obtinha-se -65 dB para o ponto 1 e -85 dB para o ponto 2.
Quanto ao “throughput”, passou de 5456 kbps para 19043 kbps no ponto 1 e de 936
kbps para 19029 kbps no ponto 2. O item “latência”, que media 5 ms, melhorou para 1 ms
depois das alterações.
No estudo do cenário 4, observa-se que a má instalação do suporte da antena causou
problemas na conexão após algum tempo de funcionamento correto.
91
4.6 Cenário 5
O cenário 5 trata de uma conexão Wi-fi que atende a necessidade de interligação entre
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a sede de uma empresa e a residência de um de seus diretores que se localiza a 9,698 km de
distância. A conexão não funcionava bem, sendo que em vários momentos se desfaz. Segundo
o relato do usuário, há períodos onde a conexão não apresentava nenhum problema, outros em
que funcionava com desempenho ruim e ainda outros onde não havia conexão alguma.
4.6.1 Coleta e parametrização dos dados
A exemplo dos estudos de caso anteriores, esta etapa, coleta de dados e a
parametrização, tem por objetivo parametrizar os dados referentes ao cenário 5 baseando-se
nas definições descritas na subseção 4.1.1 deste trabalho.
4.6.1.1 Antenas e transceptores
A composição dos pontos do cenário 5 é dada por equipamentos simétricos, tanto as
antenas como os transceptores são iguais em ambos os pontos do link, bem como possuem
homologação junto a ANATEL.
As antenas são do tipo parábola direcional sólida, fabricadas pela Visiontec e de
modelo VT5825FC. Em consulta à documentação que acompanha a antena, observa-se que
possuem impedância de 50 Ohms, operam entre 5,725 e 5,875 e têm ganho de 25 dBi. A
polarização está orientada para vertical. O suporte de fixação está corretamente fixo nos dois
pontos do enlace. Não há problemas com a proteção contra intempéries em ambos os pontos.
Quanto aos transceptores, fabricados pela Engenius sob o modelo EMP-8602 Plus-S,
têm suas potências de transmissão configuradas para 23 dBm em ambos os pontos. A
frequência de transmissão configurada é de 5,825 GHz. A sensibilidade encontrada ao
consultar a documentação do transceptor é de -90 dB a 6 Mbps. Observando o indicador de
nível de sinal do sistema do transceptor, encontra-se o valor de -76 dB em ambos os pontos da
conexão.
À medida que os valores de ganho da antena e potência de transmissão do transceptor
são conhecidos, pode-se calcular a potência EIRP de 48 dBm.
A tabela 38 mostra a parametrização dos dados referentes à categoria “antenas e
transceptores” do cenário 5 seguindo o modelo proposto na subseção 4.1.1 deste trabalho.
92
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Tabela 38 Parametrização – Antenas e transceptores 5
Item
Simetria das antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra intempéries
Nível de sinal
Frequência
Potência EIRP
Valor de referência
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-90 dBm (6 Mbps)
5,725 - 5,875 GHz
48 dBm (25+23)
Valor coletado
Simétricas
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Sem danos
-76 / -76 dB
5,825 GHz
48 / 48 dBm
4.6.1.2 Linhas de transmissão
Quanto às linhas de transmissão, verificou-se que são do tipo industrial, medindo 2 m
de comprimento cada uma. Possuem três conectores cada, e o isolamento dos mesmos possui
as três camadas recomendadas, estando de acordo com a subseção 2.2.11.2.
Os dados expostos na tabela 39 se referem à categoria “linhas de transmissão” do
cenário 5.
Tabela 39 Parametrização – Linhas de transmissão 5
Item
Tipo de fabricação
Comprimento do cabo
Número de Conectores
Isolamento dos conectores
Valor de referência
Industrial / Industrial
Menor possível
Menor possível
Totalmente isolado
Valor coletado
Industrial / Industrial
2m/2m
3/3
Totalmente isolado
4.6.1.3 Meio físico
Quanto à categoria “meio físico”, a tabela 40 mostra os dados que são necessários para
que o software Radio Mobile calcule a “linha de visada” e “zona de Fresnel”.
Tabela 40 Coleta de dados para apoio ao Radio Mobile 5
Item
Latitude
Longitude
Altura relativa ao solo
Frequência de operação
Potência de transmissão
Ganho da antena
Ponto 1
29° 26' 9,51" Sul
51° 57' 57,71" Oeste
28 m
5,815 – 5,835 GHz
23 dBm
25 dBi
Ponto 2
29° 25' 12,90" Sul
52° 3' 51,65" Oeste
7m
5,815 – 5,835 GHz
23 dBm
25 dBi
Introduzindo-se os dados no software Radio Mobile, obteve-se como resultado dos
cálculos a figura 25, que mostra a “linha de visada” e “zona de Fresnel” desobstruídas.
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93
Figura 25 Linha de visada e zona de Fresnel do cenário 5
O item “nível de interferências”, obtido conforme é descrito no item 4.1.1.3, apresenta
o valor de -85 para o ponto 1 e -98 dB para o ponto 2.
Os dados referentes ao “meio físico” do cenário 5 são mostrados na tabela 41.
Tabela 41 Parametrização – Meio físico 5
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de interferências
Valor de referência
Sem obstrução
até 40 %
Menor que -95 dB
Valor coletado
Sem obstrução
0%
-85 / -98 dB
4.6.1.4 Desempenho
Na tabela 42 observam-se os valores da categoria “desempenho” para o cenário 5.
Tabela 42 Parametrização – Desempenho 5
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor de referência
Não aplicável
Não aplicável
Não aplicável
Valor coletado
-76 / -76 dB
3674 / 3661 kbps
522 ms
O item “nível de sinal” é replicado da tabela 38.
Quanto ao “throughput”, obtido através do software disponível no sistema do
transceptor, mede 3674 kbps no sentido do ponto 1 para o ponto 2, e 3661 kbps do ponto 2
para o ponto 1.
O item “latência” apresenta o valor de 522 ms, e várias perdas sem conseguir
completar a verificação através de software disponibilizado pelo sistema do transceptor.
4.6.2 Análise dos dados parametrizados e alterações sugeridas
As subseções a seguir mostram as análises das tabelas de parametrização, as correções
sugeridas e aplicadas, e uma nova coleta de dados para possibilitar a comparação entre os
valores antes e depois das correções aplicadas.
94
4.6.2.1 Antenas e transceptores
Verificando-se a tabela 38, sobre os dados parametrizados da categoria “antenas e
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transceptores” do cenário 5, observou-se que nenhum dos itens precisou de ajuste direto.
Todos os parâmetros de referência são atendidos pelos valores parametrizados.
A tabela 43 apresenta os itens da categoria “antenas e transceptores” do cenário 5.
Tabela 43 Análise e alterações sugeridas – Antenas e transceptores 5
Item
Simetria das
antenas
Instalação física
Impedância
Polarização
Proteção contra
intempéries
Valor de
referência
Valor coletado
Simétricas
Simétricas
Nenhum
-
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Fixo de acordo
50 Ohms
Simétrica
Nenhum
Nenhum
Nenhum
-
Sem danos
Sem danos
Nenhum
-
-76 / -76 dB
Nenhum
-
5,825 GHz
Nenhum
-
48 / 48 dBm
Nenhum
-
-90 dBm
(6 Mbps)
5,725 - 5,875
GHz
48 dBm (25+23)
Nível de sinal
Frequência
Potência IERP
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
4.6.2.2 Linhas de transmissão
Na análise da tabela 39, que se refere aos dados parametrizados na categoria “linhas de
transmissão” do cenário 5, encontram-se linhas de transmissão do tipo industrial,
comprimentos de cabo e números de conectores adequados, impedância e isolamento
corretos. Deste modo não há o que ajustar nesta categoria. Os parâmetros coletados se
enquadram a seus valores de referência.
A tabela 44 mostra que não houve alteração na categoria “linhas de transmissão”.
Tabela 44 Análise e alterações sugeridas – Linhas de transmissão 5
Item
Tipo de
fabricação
Comprimento
Número de
Conectores
Impedância
Isolamento dos
conectores
Valor de
referência
Industrial /
Industrial
Menor possível
Valor coletado
Ajuste
executado
Valor após
ajuste
Industrial /
Industrial
2m/2m
Nenhum
-
Nenhum
-
Menor possível
3/3
Nenhum
-
50 Ohms
Totalmente
isolado
50 Ohms
Totalmente
isolado
Nenhum
-
Nenhum
-
95
4.6.2.3 Meio-físico
Quanto à categoria “meio físico”, observa-se que não há nenhum problema com os
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itens “linha de visada” e “zona de Fresnel”, porém, o item “nível de interferências” não se
enquadra ao seu respectivo valor de referência no ponto 1, indicando a necessidade de ajustes:
a) nível de interferências: o valor discrepante referente ao ponto 1 indica que há
uma fonte de interferência próxima a ele. As interferências distorcem o sinal que
se deseja captar deixando-o impossível de decodificar e, consequentemente,
forçando a re-transmissão do dado, o que diminui o desempenho do link. Segundo
as recomendações de Battisti (2007), transcritas na subseção 2.2.15 deste trabalho,
deve-se identificar o tipo da interferência, procurar sua fonte e eliminá-la. Caso
não seja possível eliminar a fonte de interferência, deve-se utilizar outras técnicas,
como a troca de canal no caso de interferência de banda estreita e a troca de faixa
de frequência de operação em casos onde a interferência for de banda larga.
Através do software disponível no sistema do transceptor, pode-se identificar uma
interferência de banda estreita incidindo no canal em uso nos transceptores do
enlace. Seguindo as recomendações, o canal foi alterado para a frequência de
5765 GHz e as medições foram refeitas, obtendo-se os valores de “nível de
interferências” de -99 dB para ambos os pontos do enlace.
A tabela 45 mostra as alterações dos valores referentes à categoria “meio físico”.
Tabela 45 Análise e alterações sugeridas – Meio físico 5
Item
Linha de visada
Zona de Fresnel
Nível de
Interferências
Valor de
referência
Sem obstrução
Até 40 %
Menor que
-95 dB
Sem obstrução
0%
Ajuste
executado
Nenhum
Nenhum
Valor após
ajuste
-
-85 / -98 dB
Troca de canal
-99 / -99 dB
Valor coletado
4.6.2.4 Desempenho
Com as alterações na categoria “meio físico”, a categoria “desempenho” do cenário 5
também identificou mudanças em seus parâmetros como mostra a tabela 46.
Tabela 46 Análise e alterações sugeridas – Desempenho 5
Item
Nível de sinal
Throughput
Latência
Valor coletado
-76 / -76 dB
3674 / 3661 kbps
522 ms
Ajuste executado
Troca de canal
Ganho de sinal
Ganho de sinal
Valor após ajuste
-76 / -76 dB
13067 / 12934 kbps
3 ms
96
A subseção 4.6.3, a seguir, mostra os resultados alcançados com os ajustes.
BDU – Biblioteca Digital da UNIVATES (http://www.univates.br/bdu)
4.6.3 Resultados
Com o término da análise das tabelas da subseção 4.6.2, encontrou-se o indicativo de
que o problema do cenário 5 relaciona-se ao “nível de interferências” captado pela antena
instalada no ponto 1. Ao alterarmos o canal dos transceptores, a conexão se restabeleceu sem
novos problemas de instabilidade e com desempenho melhor.
Para o item “throughput” obteve-se 13067 kbps frente aos 3674 kbps anteriores no
sentido do ponto 1 para o ponto 2, e para o sentido do ponto 2 para o ponto 1 mediu-se 12934
kbps ante os 3661 kbps anteriores ao ajuste. Quanto ao item “latência”, a melhora também foi
considerável, passando de 522 ms para 3 ms.
O “nível de sinal” manteve-se igual antes e depois das alterações, em -76 dB para
ambos os pontos. Esta não alteração se explica pelo fato de não haver problemas neste item e,
sim, com o “nível de interferências” captados no ponto 1, que obrigava os transceptores a retransmitir boa parte dos dados que trafegam pelo link.
Observou-se neste estudo que, mesmo com todos os outros parâmetros corretos, uma
interferência pode prejudicar o funcionamento do enlace.
97
5
CONCLUSÃO
BDU – Biblioteca Digital da UNIVATES (http://www.univates.br/bdu)
O estudo de conexões sem fio de planta externa se vale da análise e ajuste de muitos
parâmetros para minimizar as possibilidades de falha na instalação ou no funcionamento. São
muitas as normas e recomendações para que se tenha uma conexão de bom desempenho.
A falta de preparo dos profissionais que corriqueiramente fazem a instalação deste tipo
de conexão é um dos maiores causadores de problemas. No intuito de contribuir para o
esclarecimento e disponibilização de normas e recomendações que são pouco implantadas em
links de comunicação sem fio e diminuem muito as chances de ocorrência de problemas na
implantação e no uso futuro dos enlaces de planta externa.
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um mecanismo que facilite a análise de um
link de comunicação Wi-fi com problemas de funcionamento e estudar as causas e soluções
para os problemas identificados.
Para tanto foram criadas tabelas de parametrização de dados onde os dados de entrada
foram formatados de acordo com as normas e técnicas apresentadas na revisão de literatura e
modeladas na seção 4.1 deste trabalho. Para melhor compreensão e visualização os dados
foram divididos em categorias onde cada uma tratava de uma parte dos componentes ou
parâmetros envolvidos.
As tabelas de parametrização e análise, às quais sintetizam as normas e
recomendações, se mostraram eficientes para resolver rapidamente os problemas encontrados
nos cenários estudados. Embora seja importante ressaltar que o número de casos estudados
não é suficiente para provar a eficiência das tabelas no universo de possibilidades de
problemas em um link de comunicação sem fio, a modelagem das tabelas de parametrização
abordou por completo as normas e técnicas recomendadas. Quanto às análises dos problemas
e as sugestões de correção dos mesmos, obteve-se êxito, pois, segundo os resultados finais
alcançados, todos os links estudados melhoraram seu desempenho, provando a eficiência das
normas e técnicas sugeridas e implantadas.
Sugere-se, para trabalhos futuros, uma análise menos profunda de novos casos,
possibilitando o estudo de um número maior de casos. Desta forma, pode-se englobar o
universo de possibilidades de problemas em conexões Wi-fi de planta externa.
O presente trabalho auxilia na identificação e correção dos problemas possíveis em
uma conexão ponto-a-ponto de planta externa e contribui para esclarecer as normas e técnicas
recomendadas para este tipo de conexão.
BDU – Biblioteca Digital da UNIVATES (http://www.univates.br/bdu)
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TORRES, Gabriel. Redes de computadores: curso completo. Rio de Janeiro: Axcel Books,
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BDU – Biblioteca Digital da UNIVATES (http://www.univates.br/bdu)
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