2. Redes Sem Fio
2.2 Principais Conceitos
Neste tópico serão abordados alguns conceitos que visam facilitar a compreensão do tema.
2.2.1 Espectro Eletromagnético
É importante tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas eletromagnéticas, iniciando pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas. Além do astro rei, recebemos também radiação eletromagnética emitida por átomos de hidrogênio neutro que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia, as emissões na faixa de radiofreqüências dos quasares e os pulsos intensos de radiação dos pulsares (estrelas pequenas cuja densidade média é em torno de 10 trilhões de vezes a densidade média do sol).
Há ainda as fontes terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o sistema de telecomunicações por microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e muitas outras. Essas ondas foram previstas em 1865 pelo físico escocês James Clerk Maxwell. Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbação eletromagnética devia se propagar no vácuo com uma velocidade igual à da luz. Em 1887, o físico alemão Heinrich Hertz, pela primeira vez, produziu e observou ondas
eletromagnéticas. Seu trabalho foi homenageado posteriormente dando-se o nome hertz (Hz) à unidade de freqüência.
O número de oscilações por segundo de uma onda eletromagnética é chamado de freqüência, f
.
A distância entre dois pontos máximos (ou mínimos) consecutivos é chamada comprimento de onda, simbolizado pela letra λ (lambda) [HAL95]. A Figura 3 ilustra uma onda senoidal e suas principais características.Figura 3 - Onda Eletromagnética
No vácuo toda onda eletromagnética viaja na mesma velocidade, que é de cerca de 2,99792458 x 108 m/s (cerca de 30 cm por nanossegundo), também conhecida como velocidade da luz. A relação fundamental entre f
,
λ e c (no vácuo) é:c = λ f
Podemos resumir as características das ondas eletromagnéticas como sendo as seguintes:
• São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis;
• Propagam-se no vácuo com velocidade c;
• Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vácuo. A palavra espectro (do latim spectrum, que significa fantasma ou aparição), foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu
A Figura 4 representa o espectro eletromagnético através das faixas de freqüência e comprimento de ondas.
Figura 4 - Espectro Eletromagnético
Quando se instala uma antena com o tamanho apropriado em um circuito elétrico, as ondas eletromagnéticas podem ser transmitidas e recebidas com eficiência por um receptor localizado a uma distância bastante razoável. Toda comunicação sem fio é baseada nesse princípio [TAN97], [WEI99].
2.2.2 Modulação
A modulação é uma técnica que modifica um sinal analógico básico conhecido em um meio, de forma a codificar uma informação neste sinal. Qualquer propriedade mensurável de um sinal analógico pode ser usado para transmitir informação, pela simples mudança desta propriedade, de forma que as alterações efetuadas possam ser detectadas no receptor. Ao processo de variação dos parâmetros do sinal (amplitude, freqüência e fase) chamamos de modulação. O sinal que é modulado chama-se portadora (signal carrier), porque ele carrega a informação digital de um canal de informação para o outro.
2.2.3 Comunicação sem fio, computação móvel e redes de computadores sem fio
A comunicação é uma das maiores necessidades da sociedade humana desde os primórdios de sua existência. Conforme as civilizações se espalhavam, ocupando áreas cada vez mais dispersas geograficamente, a comunicação a longa distância se tornava cada vez mais uma necessidade e um desafio. Formas de comunicação através de sinais de fumaça ou pombos-correio foram as maneiras encontradas por nossos ancestrais para tentar aproximar as comunidades distantes [SOA95].
As grandes descobertas e evoluções experimentadas no campo das transmissões dos sinais elétricos provocaram significativa evolução nas comunicações e mudança de comportamento das pessoas, cada vez mais ávidas por informações, que atualmente podem ser acessadas de diversas maneiras: com fio, sem fio, por sistemas móveis, portáteis sem fio, etc.
A comunicação sem fio consiste em estabelecer comunicação através do ar. As formas mais comuns utilização sem fio são as conhecidas emissões AM, FM, televisão, rádio-táxi e comunicações militares. A comunicação sem fio é o suporte para a computação sem fio e móvel.
Embora a rede sem fio e a computação móvel tenham uma estreita relação, elas não são iguais, como mostra a Figura 5. Às vezes, os computadores portáteis podem ser conectados por fio. Por exemplo, se um viajante conecta um computador na tomada de telefone de um hotel, temos mobilidade sem o uso de uma rede sem fio. Outro exemplo é o de alguém que carrega consigo um computador portátil enquanto inspeciona eventuais problemas técnicos ocorridos em um trem. Por outro lado, alguns computadores sem fio não são portáteis. Esse é o caso, por exemplo das empresas sediadas em prédios antigos, nos quais não há cabeamento de rede para conectar os computadores, sendo então utilizada uma rede sem fio para conectá-los [TAN97].
Sem fio Móvel Aplicações
Não Não Estações de trabalho fixas em escritórios
Não Sim Utilização de um portátil em um hotel; manutenção de trem Sim Não LANs em prédios mais antigos, sem fiação
2.2.4 Diferenças e semelhanças entre WLANs e LANs
O padrão para redes locais sem fio IEEE 802.11 foi projetado para que as redes que o utilizam tenham aspecto e aparência como qualquer rede local IEEE 802. Isso significa que uma rede padrão IEEE 802.11 precisa parecer idêntica a qualquer rede com fio, para que o usuário não sofra impacto em seu uso. Da mesma forma, precisa suportar todos os protocolos e ferramentas para administração de uma rede fixa.
Para garantir a semelhança com as redes locais com fio, o padrão IEEE 802.11 foi projetado com a interface idêntica ao padrão IEEE 802.3. A especificação 802.11 opera abaixo da subcamada de controle lógico de enlace (LLC) do padrão 802.2, provendo todos os serviços requeridos por aquela subcamada.
Também existem diferenças entre LANs e WLANs. As duas diferenças mais significativas são a falta de uma ligação por fio (o enlace é o ar) e a mobilidade conferida pela falta desta ligação física. Estas diferenças conduzem a enormes benefícios, assim como a algumas desvantagens atribuídas às WLANs.
A ligação entre transmissores e receptores em uma WLAN é realizada pelo ar, através de ondas de rádio ou infravermelho. Em função de os dados serem difundidos em um meio público, o ar, existe uma preocupação em proteger estas informações. O grupo 802.11 percebeu que esta preocupação pudesse se constituir em um problema para os usuários e projetou mecanismos de criptografia, que serão abordados no tópico de controle de acesso ao meio.
O link sem fio também expõe as transmissões de uma WLAN aos caprichos da propagação eletromagnética. Para WLANs baseadas em ondas de rádio ou infraver- melho, tudo num ambiente é um refletor ou atenuador dos sinais que conduzem os dados na rede. Isto pode causar alterações significativas na potência de um sinal recebido por uma estação WLAN, as vezes retirando por completo uma estação da rede. A movimentação de pessoas em um ambiente, portas e outros objetos também podem afetar a potência de um sinal, modificando sua atenuação ou reflexão.
A segunda diferença significante entre uma WLAN e uma LAN é a mobilidade. O usuário de uma WLAN não está amarrado a uma tomada fixada em uma parede. Os dois principais benefícios de uma WLAN (enlace pelo ar e mobilidade) são também causa de muitas complexidades internas.
sem a necessidade de procurar tomadas ou contatar antecipadamente com o administrador de rede. Dispondo-se de um laptop equipado com interface WLAN IEEE 802.11, a conexão com a rede está disponível no escritório, em uma sala de conferência, no estacionamento do edifício e até mesmo em outro estado ou país. Isto significa que todas as informações estão disponíveis, enquanto você está sentado em uma conferência ou escritório. Estão sempre disponíveis nestes locais o e-mail, o servidor de arquivos e a internet [OHA99].
Por outro lado, a mobilidade traz consigo alguns problemas. A maioria dos protocolos de rede e equipamentos em uso atualmente não foi projetada para lidar com a mobilidade. Eles foram projetados com a suposição de que os endereços atribuídos a um nodo de rede permaneceriam em local fixo na rede. Hoje, há modos de contornar este problema utilizando novos protocolos, incluindo DHCP e IP móvel.
Outro problema introduzido pela mobilidade é a perda da conexão dos serviços baseados na localização de um usuário, quando endereços de rede não são associados a localização física. Desta forma, diferentes caminhos devem ser definidos, por exemplo, para uma impressora na rede, quando a localização física do usuário na rede pode ser constantemente modificada. Isto pode aumentar a complexidade do provimento do serviço, mas satisfaz as necessidades do usuário móvel.