Redes wireless Aula 03 Padrões de redes wireless Prof. Diovani Milhorim.
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Redes wireless
Aula 03
Padrões de redes wireless
Prof. Diovani Milhorim
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• Padrão:•“Documento aprovado por um organismo reconhecido que provê, pelo uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características de produtos,• processos ou serviços cuja obediência não é obrigatória.”
• Padrões em comunicação
Padrões de comunicação
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• Padrão:•“Documento aprovado por um organismo reconhecido que provê, pelo uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características de produtos,• processos ou serviços cuja obediência não é obrigatória.”
• Padrões em comunicação
Interoperatividade
Padrões de comunicação
Introdução aos padrões em redes sem fioImportância de padronização, quem é quem, princípios e processos de padronização
Padrão 802.11 (WiFi)Local area networksCaracterísticas, aplicações, e princípios de funcionamento
Bluetooth (802.15.1)Personal area networksVisão geral, formação das PicoNets e aplicações
ZigBee (802.15.4)Visão geral, diferenças entre os demais e aplicações
Ultra Wideband (802.15.3a)Necessidade de largura de banda, funcionamento
WiMAX (802.16)Metropolitan area networksDiferenças, cenários e aplicações
Sumário
• Importância de padrões
• Vantagens em se aderir a um padrão:
Maior mercado para as empresas
Produção em massa dos dispositivos
Economia na manufatura
Implementação VLSI (very large-scale integration)
Introdução aos padrões
• Uma entidade central é responsável pelos padrões;
• Exemplos:•Telecomunicações: ITU (International Telecommunication Union)
•Internet: IETF (Internet Engineering Task Force)
•Padrões Gerais: ISO (International Standards Organization)
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
• Padrões de Comunicação Sem Fio:•Principal entidade: IEEE
•Padrões aceitos: 802.11, 802.15, 802.16
Introdução aos padrões
• Processo de padronização do IEEE:
Idéia + Projeto Aprovação do projeto
Desenv. Dorascunho
Votação econsenso
Publicaçãodo padrão
Aprovaçãodo padrão
(após 5 anos)
• Características do processo:•Balanço, padrões abertos, discussão entre os envolvidos e consenso
Introdução aos padrões
• Um único padrão não é suficiente:•Local area networks
•Personal area networks
•Metropolitan area networks
• Solução = diversos padrões:•802.11 - WiFi
•Bluetooth, ZigBee e Ultra Wideband
•WiMAX
Introdução aos padrões
• Objetivo: formação de uma rede local sem fio
• Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc
Padrão 802.11 / wi-fi
Objetivo: formação de uma rede local sem fio
Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc
Access Point
Access Point
Basic Service SetDistribution SystemBasic Service Set
Mobile Hosts
Padrão 802.11 / wi-fi
• Objetivo: formação de uma rede local sem fio
• Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc
Padrão 802.11 / wi-fi
Objetivo: formação de uma rede local sem fio
Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc
DispositivoMóvel
Querem Trocar Dados
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• Dificuldades de acesso ao meio•Problema da estação escondida
•Problema da estação exposta
A
BD
Est. escondida
C
Padrão 802.11 / wi-fi
• Dificuldades de acesso ao meio•Problema da estação escondida
•Problema da estação exposta
Est. expostaA
C
DB
Padrão 802.11 / wi-fi
• Solução de
acesso ao meio
utilizada pelo
802.11:CSMA/CA (carrier
sense multiple
access with
collision avoidance)
Origem Destino
Request to Send (RTS)
Clear to Send (CTS)
Dados
Confirmação (ACK)
Padrão 802.11 / wi-fi
• Características do padrão 802.11 original:•Publicação: 1997. Freqüência: 2.5 GHz. Taxa: 2 Mbit/s. Alcance: depende.
• Características do padrão 802.11b:•Publicação: 1999. Freqüência: 2.5 GHz. Taxa: 11 Mbit/s. Alcance: 30m.
• Características do padrão 802.11a:•Publicação: 1999. Freqüência: 5 GHz. Taxa: 54 Mbit/s. Alcance: 10 a 100m.
• Características do padrão 802.11g:•Publicação: 2003. Freqüência: 2.4 GHz. Taxa: 54 Mbit/s. Alcance: 30m.
• Outros:•802.11e: suporte a QoS 802.11i: segurança reforçada
Padrão 802.11 / wi-fi
• Necessidade de uma PAN sem fio:•WPAN: Wireless Personal Area Networks
•Interconectar computação e dispositivos de comunicação e acessórios
utilizando rádios de baixo alcance, de baixa potência e baixo custo
• Histórico:•Ericsson interessada em conectar celulares em outros dispositivos (1994)
•Formou um grupo de interesse especial (SIG) com outras quatro empresas:
• ► IBM, Intel, Nokia e Toshiba
• ► Formação do Bluetooth SIG
Padrão 802.15.1 bluetooth
• Entrada do IEEE:•1999: Especificação do Bluetooth é publicado pelo SIG com 1500 páginas
•Pouco tempo depois, o IEEE estava à procura de um padrão WPAN
• ► Adotaram o Bluetooth como base do 802.15.1
• Porque padronizar algo tão bem especificado?•Ter um padrão aberto gerenciado por uma entidade central
•Promover o uso do padrão
•Publicação do 802.15.1: 2002
Padrão 802.15.1 bluetooth
S
S
S
S
M
Piconet 2
Scatternet
BridgeSlave
• Arquitetura do Bluetooth:
S
S
S
S S
S
M
Piconet 1
Slave
Master
S
Padrão 802.15.1 bluetooth
• Aplicações do Bluetooth: conexão entre dispositivos como
S
S
S
S
M
Piconet 2
Scatternet
BridgeSlave
S
S
S
S S
S
M
Piconet 1
Slave
Master
S
► Headsets
► Laptops
► Máquinas Digitais
► Celulares
► PDAs
► Computadores Impressoras
Padrão 802.15.1 bluetooth
• Principais serviços previstos na especificação:
► Substituto para a porta serial
► Acesso à LAN
► Realizar discagens (através de um celular)
► Acesso a fax
► Digital walkie-talkie
► Acesso a handsets
► Acesso a objetos simples
► Transferência de arquivos
► Descoberta de serviços
Padrão 802.15.1 bluetooth
• Características técnicas:
•Banda de freqüência: 2.4 GHz
•Largura de banda: 1 Mbit/s (prática: 721Kbit/s)
•Alcance do Sinal: 10 ou 100 m
•Modulação: frequency hopping
•O acesso ao meio é controlado pelo master evitando colisões
• Incompatibilidade com o 802.11:
•802.11 e 802.15.1 utilizam a banda ISM (Industrial-Scientific-Medical) 2.4
GHz
•Resultado: interferência. Principalmente para o 802.11
•Soluções utilizadas por algumas empresas: proibir uso do bluetooth
Padrão 802.15.1 bluetooth
• Porque outro padrão WPAN?•Maior simplicidade
•Menor preço
•Menor consumo de energia
•Menor tamanho
• Vantagens do ZigBee•Maior simplicidade
•Diversas topologias
•Tempo de vida das baterias medidas em anos
•Tamanho do código: 2 a 10% do Bluetooth
Padrão 802.15.4 - Zigbee
• Arquiteturas (topologias)
Estrela Árvore Clusters Mesh
Padrão 802.15.4 - Zigbee
• Aplicações
Automação: segurança física, controle de luz, controle de acesso
Residencial: controle para TVs, DVDs e outros
Computador: mouse, teclado, joystick
Industrial: controle de acesso, controle de processo, ambiental, energia
Médica: monitoração de pacientes
Redes de sensores sem fio: monitoração de uma área de interesse
Padrão 802.15.4 - Zigbee
• Características
Publicação: Maio de 2003
Freqüência: 2.4GHz
868 MHz na Europa
915 MHz nas Américas
Taxa: 250Kbit/s (2.4GHz), 40 Kbits/s (915 MHz) e 20 Kbits/s (868 MHz)
Acesso ao meio: CSMA/CA
Custo de um dispositivo: $1.10 (2005)
Padrão 802.15.4 - Zigbee
• Comparação entre os três padrões estudados:
•Característica 802.11 Bluetooth ZigBee
•Tempo de Vida Horas Dias Anos
•Complexidade Muito Complexo Complexo
Simples
•Tamanho ~1Mb ~1Mb ~20Kb
•Número de Nós 32 7 255/65535
•Alcance 100m 10 a 100m 70-300m
•Taxa de Dados 54 Mbits/s 1Mbit/s 250Kbit/s
•Freqüência 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz,
868/915MHz
•Arquiteturas Estrela, Ad Hoc Estrela Diversos
Padrão 802.15.4 - Zigbee
• WiMAX
•Worldwide Interoperability for Microwave Access
• Wireless Metropolitan Area Networks
•Outdoor (externo)
•Alta largura de banda
•Funciona em grandes distâncias
Padrão 802.16- Wimax
• Semelhanças com o 802.11
Alta largura de banda
• Diferenças em relação ao 802.11
Outdoor
Provê serviços para imóveis (que não são móveis – não migram de células)
Sem preocupação com mobilidade
Custos maiores (equipamentos melhores)
Maior preocupação com segurança
Número muito maior de usuários
Padrão 802.16- Wimax
• Aplicações:
Alternativa ao DSL
Alternativa ao Cabo (TV)
“Último kilômetro”
Padrão 802.16- Wimax
• Tipos de Antena
Omnidirecional
Setorial
Ponto a Ponto
Padrão 802.16- Wimax
• Características:
Início: 1999. Aprovado: 2002
Acesso ao meio: Time Division Duplexing e Frequency Division Duplexing
Freqüência: Não uniforme. 10 a 66 GHz e 2 to 11 GHz (802.16a)
Não requer visada direta em alguns casos
Alcance: até 50Km
Taxa de dados: 50 - 150 Mbit/s
Orientado a conexão. Provê suporte a QoS.
Padrão 802.16- Wimax
• Importância de padrões em comunicação
• Visão geral dos principais padrões em uso atualmenteRedes Locais: 802.11
Redes Pessoais: Bluetooth, ZigBee, Ultra Wideband
Redes de Longa Distância: WiMax
Conclusão