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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


• 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


• 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


• 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


• Objetivo: formação de uma rede local sem fio

• Arquiteturas: redes infra-estruturadas e redes ad hoc


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


• Dificuldades de acesso ao meio•Problema da estação escondida

•Problema da estação exposta

Est. expostaA

C

DB


• 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)


• 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


• 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


S

S

S

S

M

Piconet 2

Scatternet

BridgeSlave

• Arquitetura do Bluetooth:

S

S

S

S S

S

M

Piconet 1

Slave

Master

S


• 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


• 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


• 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


• 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


• 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


• 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)


• 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


• 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


• Aplicações:

Alternativa ao DSL

Alternativa ao Cabo (TV)

“Último kilômetro”


• Tipos de Antena

Omnidirecional

Setorial

Ponto a Ponto


• 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.


• 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