Redes de Acesso em Banda Larga

(1)

Redes de Acesso em Banda Larga

3 – WLANs

Marcelo Najnudel

L. Silva Mello (orientador)

L. Silva Mello

L. Silva MelloL. Silva Mello

CETUC

CETUCCETUC---PUC/RioPUC/RioPUC/Rio

Comunicação

ComunicaçãoComunicaçãoMóvelMóvelMóvele e e CelularCelularCelular

Redes de dados

Redes de dados wirelesswirelesswireless 222

Histórico

Em 1971, surge a primeira Wireless LAN: interligação de 4 ilhas no Havaí

(ALOHANET).

Em 1990, os primeiros equipamentos começam a ser vendidos para

utilização na banda ISM (900 MHz, 2,4 GHz, 5 GHz) que havia sido liberada

mundialmente e representava uma faixa desregulamentada.

Em 1994, os primeiros equipamentos começam a ser comercializados para

utilização na faixa de 2,4 GHz regulamentada.

Em 1997, o padrão 802.11 é regulamentado pelo IEEE.

Formação da WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), união das

empresas: Lucent, 3Com, Aironet (Cisco), Intersil, Nokia e Symbol.

Em 1999, o padrão 802.11b é regulamentado assegurando a

(2)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Visão geral

Os alicerces da tecnologia

WLAN

são:

Mobilidade e Praticidade

Baixos custos

(principalmente ao se comparar com outras tecnologias wireless, como

GSM/GPRS ou CDMA-1xRTT)

A escalabilidade deste tipo de rede também é um

ponto muito importante, já que as alterações entre

as diversas topologias são muito simples e rápidas.

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

O padrão 802.11

54, 36, 33, 24, 22, 12, 11, 9, 6, 5,5, 2, 1 Mbps 11, 5,5, 2, 1 Mbps 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Mbps 2, 1 Mbps Taxa de transmissão por canal OFDM/CCK (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54) OFDM (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54) DQPSK/CCK (22, 33, 11, 5,5 Mbps) DQPSK (2 Mbps) DBPSK (1 Mbps) DQPSK/CCK (11, 5.5 Mbps) DQPSK (2 Mbps) DBPSK (1 Mbps) BPSK (6, 9 Mbps) QPSK (12, 18 Mbps) 16-QAM (24, 36 Mbps) 64-QAM (48, 54 Mbps) DQPSK (2 Mbps DSSS) DBPSK (1 Mbps DSSS) 4GFSK (2Mbps FHSS) 2GFSK (1Mbps FHSS) Modulação 2,4 a 2,4835GHz DSSS, OFDM 2,4 a 2,4835GHz DSSS 5,15 a 5,35 GHz OFDM 5,725 a 5,825Ghz OFDM 2,4 a 2,4835 GHz DSSS, FHSS Frequência e Técnica 83,5 MHz 83,5 MHz 300 MHz 83,5 MHz Banda disponível Outubro de 2003 Setembro de 1999 Setembro de 1999 Julho de 1997 Data de regulamentação 802.11g 802.11b 802.11a 802.11 ITEM

(3)

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Comunicação

Redes de dados

Wireless LANs x Wired LANs

Algumas vantagens de redes w

ireless

são:

Mobilidade

Instalação rápida e fácil

Instalação de redes temporárias

Instalação em locais de difícil passagem de cabos

Baixos custos de instalação

A principal desvantagem de redes

wireless

é a falta

de segurança das informações trafegadas

.

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Comunicação

Redes de dados

Equipamentos

Para se prover acesso a uma rede

wireless

, são necessários

alguns componentes novos em relação às redes cabeadas.

Access Point

(

AP

) - exerce a função de distribuir entre os

usuários o acesso à rede.

Workgroup Bridge

(

WB

) - estabelece uma “ponte” de

comunicação entre um

AP

e equipamentos fora da área de

cobertura deste.

Wireless Bridge

– tem a função de interligar duas ou mais

redes, fazendo uma ponte de comunição entre um par de

Bridges.

Client Adapter

- componentre que tem a capacidade de se

(4)

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Comunicação

Redes de dados

Equipamentos: Access Point

Características gerais nos equipamentos pesquisados:

I/O para o backbone cabeado

I/O(s) de RF para antena(s) (alguns equipamentos têm antenas

embutidas, outros permitem antenas externas)

Potência de saída regulável

WEP de 40 e 128 bits

Características extras de alguns equipamentos:

Diversidade de antenas

Funcionalidade

Repeater mode

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Equipamentos: Workgroup Bridge

Características gerais nos equipamentos pesquisados:

I/O para o backbone cabeado

I/O(s) de RF para antena(s) (alguns equipamentos tem antenas

embutidas, outros permitem antenas externas)

Potência de saída regulável

WEP de 40 e 128 bits

Características extras de alguns equipamentos:

Limite de equipamentos conectados

(5)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Equipamentos: Wireless Bridge

Características gerais nos equipamentos pesquisados:

I/O para o backbone cabeado

I/O(s) de RF para antena(s) (alguns equipamentos tem antenas

embutidas, outros permitem antenas externas)

Potência de saída regulável

WEP de 40 e 128 bits

Características extras de alguns equipamentos:

Também pode funcionar como um AP comum

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Comunicação

Redes de dados

Equipamentos: Client Adapter

Características gerais nos equipamentos pesquisados:

Entrada PCMCIA (para desktops) ou PCI para outros equipamentos

como notebooks, Handhelds etc.

Saída de RF com antena interna para os modelos PCMCIA e com

antena externa para os modelos PCI.

Potência de saída regulável

WEP de 40 e 128 bits

(6)

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Comunicação

Redes de dados

Exemplo de Rede e seus componentes

Conforme limitações apresentadas: Hub com máximo de 8 portas Hub disponibiliza 11Mbps

máximo para o servidor → limitação da Bridge (802.11b) Todos esses equipamentos

dividem a capacidade máxima do

AP1 (11Mbps para 802.11b)

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Comunicação

Redes de dados

Aspectos de propagação indoor

Ao se planejar uma rede

wireless

em um ambiente

indoor

, deve se levar em consideração uma série de

fatores:

Topologia da rede

Número de

APs

Posicionamentos dos

APs

Tráfego/Capacidade

Fatores relacionados à propagação:

Diversidade de antenas

(7)

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Comunicação

Redes de dados

Topologia

Existem dois tipos básicos de topologia de

WLAN:

Topologia

Peer-to-peer

(ou

ad hoc

)

Estações de trabalho, munidas de placas de comunicação wireless

estabelecem comunicação entre si.

Topologia Infra-estrutura

Esta configuração consiste em um Access Point que estabelece

comunicação com um conjunto de estações de trabalho.

Configuração Unicelular

Configuração com Superposição celular

Configuração Multicelular

Configuração

Multi-hop

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Comunicação

Redes de dados

Topologia Peer-to-peer

Não necessita de

Access Point

para que se estabeleça comunicação

entre estações de trabalho. Estas se comunicam entre si, permitindo

compartilhamento de arquivos e eventualmente impressoras,

(8)

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Comunicação

Redes de dados

Topologia com Infra-estrutura

Este tipo de topologia é constituída por um conjunto de estações de

trabalho que se comunicam diretamente com um

Access Point

, que

por sua vez, funciona como uma ponte entre estas estações e uma

rede cabeada.

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Comunicação

Redes de dados

Configuração Unicelular

Se baseia em um único

Access Point

que provê acesso à rede a todos

os usuários em uma determinada área.

(9)

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Comunicação

Redes de dados

Configuração com superposição celular

Possui mais de um

Access Point

,

cujas

suas células de cobertura

apresentam leves sobreposições.

L. Silva Mello

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Redes de dados

Configuração Multicelular

Também possui mais de um

Access Point

, mas posicionados no

mesmo local, de modo a gerarem áreas de cobertura totalmente

sobrepostas.

(10)

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Redes de dados

Configuração Multi-hop

Possui um par de

Access Point

e

Workgroup Bridge

(

WB

), onde a

última tem a função de expandir a área de cobertura da rede.

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Comunicação

Redes de dados

Diversidade de antenas

Em ambientes em que não se espera que haja muito

efeito de multipercursos, uma única antena pode

prover bons resultados de cobertura.

Entretanto, em casos onde o sinal estiver sujeito ao

efeito de multipercursos, é recomendável a

utilização de uma segunda fonte de irradiação.

(11)

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Comunicação

Redes de dados

Aspectos de segurança

A percepção do mercado para as soluções de

WLAN

ainda é que existem grandes problemas de

segurança.

Algumas das opções disponíveis são:

Criptografia (

WEP

)

Filtragem por endereço

MAC

Autenticação

RADIUS

VPNs

, chaves dinâmicas etc.

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

SSID (Service Set Identifier)

1. 2. 3. 4. 2. Access Point A SSID= 050114v Ethernet Backbone Access Point B SSID= 050114v

1. Cliente envia “solicitação” 2. AP responde à solicitação

Cliente avalia as “respostas” e escolhe o melhor AP 3. Cliente Envia pedido de Autenticação

4. AP confirma a autenticação e registra o cliente 5. Cliente envia pedido de Associação 6. AP confirma pedido de Associação

7. Cliente está Associado à WLAN e pode fazer roaming pela rede Cliente SSID= 050114v 7. 5. 6.

(12)

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Comunicação

Redes de dados

SSID broadcasting

1. 2. 3. 4. 2. Access Point A SSID= 050114v Ethernet Backbone Access Point B SSID= 050114v 5.

Segurança baixa – Deve-se ao menos trocar o SSID padrão do equipamento

1. Cliente envia “solicitação”

2. AP responde à solicitação com SSID

Cliente avalia as “respostas” e escolhe o melhor AP 3. Cliente Envia pedido de Autenticação

4. AP confirma a autenticação e registra o cliente 5. Cliente está Associado à WLAN e pode fazer roaming pela rede

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Filtragem por endereço MAC

Segurança limitada Access Point SSID= 050114v Cliente SSID= 050114v MAC= 10005A0059910 Cliente SSID= 050114v MAC= 10005A0053905 Cliente SSID= 050114v MAC= 10005A0042807 Endereços MAC permitidos:

10005A0059910 = Permitido

10005A0053905 = Permitido

(13)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

WEP (Wired Equivalent Privacy)

Média – Mas pode ser quebrada por hackers

WEP keys: 1 = 362FA236CD 2 = 8743AE4299 3 = Vazio 4 = Vazio Ethernet Backbone WEP keys: 1 = 362FA236CD 2 = 8743AE4299 3 = 57683CD223 4 =Vazio

Tanto clientes como

APs

podem ter até 4

WEP

keys

associados

As

WEP keys

entre APs e clientes devem ser

iguais para que possa haver associação

WEP

utiliza cripptografia RC4

Existem dois tipos de implementação:

Open

Authentication

e

Shared key Authentication

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Tipos de WEP

Open Authentication

– Após autenticação, o

AP

inicia a

transmissão de dados já criptografados. Se o cliente não tiver

as chaves corretas, não conseguirá descriptografar os dados.

Shared key Authentication

- Após autenticação, o cliente

envia pacotes de teste para o

AP

, que o criptografa e devolve

ao cliente. O cliente só é associado ao

AP

se conseguir

descriptografar os pacotes de teste e informá-lo ao

AP

.

(14)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Interferência

Em razão da faixa de 2,4 GHz não necessitar de autorização

junto a orgãos reguladores, a utilização desta faixa tornou-se

popular nos últimos anos, por uma série de tecnologias:

WiFi

(IEEE 802.11)

Bluetooth

(IEEE 802.15)

Telefones sem fio

Estes equipamentos causam interferências uns nos outros.

Outros equipamentos como fornos de microondas também

podem causar interferências.

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Interferências Inter-sistêmicas

Bluetooth

Faixa: 2400 MHz a 2485 MHz

Potência: depende do equipamento (varia entre 0 e 5 dBm)

Duração: depende dos dados transmitidos

Fornos de Microondas

Faixa: 2450 MHz a 2458 MHz

Potência: 18 dBm a aproximadamente 3 metros

Duração: pulsos de aproximadamente 10 µs de duração

A probabilidade de colisão de pacotes WLAN x Bluetooth varia de 48% a 62%.

Fornos de microondas devem estar a 20 metros de distância de equipamentos

(15)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Redução de Interferência

Existem diferentes maneiras de se minimizar

interferências entre sistemas e dispositivos:

Planejamento de freqüência (intra-sistêmicas)

Planejamento de cobertura

Utilização de técnicas de espalhamento de espectro

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Redução de Interferência

(Planejamento de freqüência)

O espectro de freqüência do padrão IEEE

802.11 (nos E.U.A, Canadá e Brasil entre

outros) é divido em 11 canais de 22 MHz

superpostos (apenas 3 canais não apresentam

superposição)

2400

[MHz] 2412 2437 2462 2483,5

canal 1 canal 6 canal 11

22 MHz ₁₁ _{2462 MHz} 2457 MHz 10 2452 MHz 9 2447 MHz 8 2442 MHz 7 2437 MHz 6 2432 MHz 5 2427 MHz 4 2422 MHz 3 2417 MHz 2 2412 MHz 1 Freq. Central ID do canal

(16)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Redução de Interferência

(Planejamento de cobertura)

Um bom planejamento de cobertura implica em limitar as áreas

de cobertura de dispositivos que utilizam as mesmas faixas de

freqüência. Isto é mais evidente quando se tratam de

dispositivos do mesmo sistema.

6 1 11 6 6 1

Exemplo de um bom

planejamento de

cobertura e freqüência de

uma

WLAN

.

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Redução de Interferência

(Técnicas de espalhamento)

Dentre as técnicas de espalhamento de espectro

utilizadas pelo padrão 802.11, podemos citar:

FHSS (

Frequency Hopping Spread Spectrum

)

DSSS (

Direct Sequence Spread Spectrum

)

(17)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Aspectos de tráfego

O

througput

(vazão) total gerado em uma área é dado pela

soma dos

througput

gerados por cada usuário, portanto a

capacidade permitida do

AP

deve ser maior que este valor

estimado:

Valores usuais de tráfego gerado por usuário são:

througput Point Access usuários dos médio througput s simultâneo usuários de médio Número APs de Número = ⋅ 12 30 60 100 kbits/usuário Web, Email Acesso público 4 a 9 10 a 20 20 a 40 150 kbits/usuário a 300 kbits/usuário Web, Email, Transferência de arquivos Corporativo 2 Mbps 5,5 Mbps 11 Mbps

Número de usuários simultâneos Tráfego médio

Aplicação Ambiente

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelos de propagação em ambientes indoor

Existem dois tipos de modelos de propagação

utilizados em ambientes

indoor

:

Modelos teóricos ou determinísticos

Modelos empíricos

(18)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelos teóricos

Os modelos teóricos não possuem nenhum tipo de

ajuste experimental, sendo baseados somente em

análise teórica.

Ex: Modelos baseados em traçado de raios

Modelos de 2 raios

Modelo de 6 raios

Modelo de 10 raios, etc.

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelos teóricos

(Modelo de 6 raios)

São levados em consideração 6 possíveis caminhos de

raios provenientes do transmissor em direção ao

receptor:

θ1 _θ1 hr ht θ2θ2 Raios 1 e 2 Raios 3 e 4 Raios 5 e 6 W d

(19)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelo Log-distance

A partir de estudos, demonstrou-se que a perda de

propagação obedece a uma lei de formação, de acordo

com a variação com a distância percorrida pelo sinal.

onde valores típicos de

n

e de σ são tabelados na

literatura, de acordo com o tipo de ambiente e

freqüência.

σ

X

d

n

L

_total

=

_o

+

10 ⋅

⋅

log(

)

+

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelo ITU P. 1238-2

O modelo descrito a seguir foi desenvolvido pelo ITU-R,

para predição de sinais na faixa de freqüências entre 900

MHZ e 100 GHz em ambientes interiores. Este considera

os seguintes parâmetros (incorporados) em sua

modelagem matemática:

Reflexão e difração em objetos fixos

Transmissão através de paredes, pisos e outros obstáculos fixos

Confinamento da energia em corredores

(20)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelo ITU P. 1238-2 (cont.)

Modelagem matemática:

onde:

f – Freqüência de operação [MHz]

n – Coeficiente de atenuação em relação à distância

d – Distância percorrida [m]

k

f

– Número de pisos (andares) atravessados (n > 0)

L

f

– Coeficiente de atenuação por piso atravessado [dB]

28 )

(

)

log(

)

log(

20 ⋅

+

⋅

+

−

=

_f _f total

f

n

d

L

k

L

22 30 28 Coeficiente (

n

) 6 + 3·(

k

_f– 1) 15 + 4·(

k

_f – 1) 4·

k

_f Coeficiente (

L

_f) Comercial Escritório Residencial Tipo do ambiente L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelo COST 231 Keenan e Motley

Este modelo é o modelo mais completo para predição de sinais

em ambientes interiores e exteriores, em razão da quantidade de

parâmetros de entrada:

onde:

L

0

– Perda de propagação a um metro da antena irradiante [dB]

d – Distância percorrida pelo sinal [m]

n – Coeficiente de propagação

L

f,i

– Perda de propagação do sinal através do piso i [dB]

k

f,i

–Número de pisos com a mesma característica

L

_w,i

– Perda de propagação do sinal através da parede j [dB]

k

_w,i

– Número de paredes com a mesma característica

I – Número de pisos atravessados pelo sinal

J – Número de paredes atravessadas pelo sinal

∑

= =

⋅

+

⋅

+

⋅

+

=

J j i w i w I i i f i f total

L

n

d

k

L

k

L

1 , , 1 , , 0

10 log(

)

(21)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelo COST 231 Keenan e Motley (cont.)

A tabela a seguir apresenta valores adquiridos por meio de

medições pelo órgão de estudos

European

COST 231:

15 a 36 13 a 17

2 a 13 Parede com janela (valor exato depende da

razão entre área de janelas e de concreto)

15 13 2 Vidraça 36 17 13 Concreto espesso (sem janelas)

5,2 GHz 2,4 GHz

1,8 GHz Obstáculo

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Modelo COST 231 Multi-wall

O modelo Multi-Wall foi criado baseado no modelo de

propagação COST 231 Keenan e Motley, aplicando uma

distribuição não linear a atenuação por múltiplos pisos:

onde:

L

₀

– Perda de propagação a um metro da antena irradiante [dB]

d – Distância percorrida pelo sinal [m]

n – Coeficiente de propagação

L

_f

– Perda de propagação do sinal através do piso i [dB]

k

_f

–Número de pisos com a mesma característica

L

_w,i

– Perda de propagação do sinal através da parede j [dB]

k

_w,i

– Número de paredes com a mesma característica

b – Fator de correção da atenuação dos pisos

J – Número de paredes atravessadas pelo sinal

∑

=         − + +

⋅

+

⋅

+

⋅

+

=

J j wi wi f b L L f total

L

n

d

L

k

L

f f 1 , , 1 2 0

10 log(

)

(22)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Caracterização do canal rádio

O comportamento de um sinal no canal rádio pode ser dividido

em três principais componentes:

Dependência com a distância (a)

Variabilidade de larga escala (b)

Variabilidade de pequena escala (c)

(a) (b) (c)

d

-γ

+

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Dependência com a distância

Qualquer sinal tem seu nível de potência atenuado à medida

que se propaga no canal. Este fato se dá, devido ao

espalhamento do sinal no espaço, reduzindo a sua densidade de

potência.

(23)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Variabilidade de Larga Escala

A variabilidade de larga escala, também conhecida como

sombreamento, implica em flutuações do nível de potência do

sinal em torno do seu valor médio, em razão das características

do relevo e da morfologia do ambiente.

(

)

_{( )}

:

10Log(x)

y

Linear

escala

Em

:

Logarítima

escala

Em





































−

=













−

=

2 2 0 2

₂

ln

exp

2

1

2 exp

2

1 )

(

σ

π

σ

π

σ

x

y

Y

p

x

X

p

x y L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Variabilidade de Larga Escala (cont.)

Para uma melhor visualização do efeito, faz-se um gráfico

normalizado em relação à distância (nível de potência estável

em relação à distância), para que possa se notar a variabilidade

de larga e pequena escala.

Distância entre TX-RX

(24)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Variabilidade de Pequena Escala

A variabilidade de pequena escala, conhecida como

multipercursos, é causada por raios provenientes de um

transmissor que chegam ao receptor por caminhos diferentes.

Distância entre TX-RX

potência

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Perda de penetração

As perdas de penetração são

extraídas de medições que

contemplam diversos efeitos

de propagação como

reflexão múltipla e difração.

A tabela ao lado apresenta

valores de perda de

penetração medidos (pelo

European

COST 231):

20 a 25 Piso/Teto muito espesso

15 a 20 Piso/Teto espesso

20 a 25 Parede muito espessa(aprox. 30 cm)

15 a 20 Parede espessa(aprox. 15 cm)

10 Parede média (madeira)

5 a 8 Parede fina (madeira)

5 a 8 Janela (tinta metálica)

3 Janela (tinta não metálica)

0 Espaço Livre

Perda [dB] Obstáculo

(25)

L. Silva Mello

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Comunicação

Redes de dados

Perda de penetração (cont.)

Outras considerações importantes são:

Obstáculos metálicos sólidos refletem grande parte do sinal

incidente, impedindo a propagação através deste.

Obstáculos sólidos de madeira, plástico e feitos de tijolos

refletem uma parte do sinal e permitem que uma parcela

deste seja transmitido através.

Água e objetos úmidos tendem a absorver uma grande parte

do sinal incidente.

Estas observações são válidas para obstáculos sólidos, pois a

reflexão de um sinal em um objeto depende do comprimento de

onda do sinal incidente e da largura do obstáculo.

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Multipercursos

O efeito de multipercursos é causado por três fenômenos: a

reflexão, a difração e o espalhamento. Estes fenômenos permitem

que um sinal atinja um destino por diferentes percursos, além do

raio direto (

LoS

–

Line of Sight

), quando este existe.

(26)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Multipercursos (cont.)

Reflexão (a)

Difração (b)

Espalhamento (c)

(a) (b) (c) L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Comportamento do sinal

separação entre antenas transmissora e receptora [m]

po tên cia do si nal [d Bm] n1= 1,43 n₂= 4,29 ponto de quebra em d = 115 m

A composição de todos os efeitos combinados afetam a

propagação de um sinal, de modo que um sinal típico pode

ser caracterizado por:

(27)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Testes de propagação

Testes de propagação, comumente chamados de

survey

tem a função de auxiliar no projeto de uma

rede

wireless

, na definição dos parâmetros já

comentados. Para estes testes, são importantes:

Plantas do local vistoriado

Equipamento e

Software

de medição

Equipamentos para simulação de cobertura

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Testes de propagação específicos

Testes de propagação específicos são importantes

para conceber modelos de propagação. Entre eles,

podemos citar:

Teste de

LoS

Teste de

LoS

em corredor estreito

Difração em bordas

Atenuação por obstáculos (paredes, portas etc.)

Movimento de pessoas

(28)

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Testes de propagação específicos

(cont.)

Todas as medidas efetuadas neste trabalho têm como

objetivo caracterizar o canal rádio em 2,4 GHz para

WLANS

. Para tal, assumimos as mesmas condições para

todas as medidas:

Um único

AP

para isolar a fonte de irradiação em um

único ponto

Utilização do

notebook

(equipamento de medição) na

posição horizontal

AP

com as antenas fazendo ângulo reto com o solo

L. Silva Mello

CETUC

Comunicação

Redes de dados

Equipamentos utilizados nos testes

Acces Point:

Modelo: Cisco, AIR-AP350 SERIES Freqüência: 2,4GHz DSSS

Througput

máximo: 11Mbps

Potência máxima (regulável): 100 mW, 50 mW, 30 mW, 20 mW, 5mW e 1 mW

Client Adapter:

Modelo:Cisco, AIR-PCM350 SERIES Freqüência: 2,4GHz DSSS

Througput

máximo: 11Mbps

Potência máxima (regulável): 100 mW, 50 mW, 30 mW, 20 mW, 5mW e 1 mW Sensibilidade: -45 dBm

(potências maiores que -45 dBm não são apresentadas) Limiares: 11 Mbps: -85 dBm

5,5 Mbps: -89 dBm 2 Mbps: -91 dBm 1 Mbps: -94 dBm

Software de medição:

Cisco Aironet Client Utility

Notebook:

Toshiba Satellite

(29)

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Comunicação

Redes de dados

Teste de LoS

Objetivo: Este teste serve para definir a perda do

sinal em relação à distância.

Procedimento: Posiciona-se o

AP

em um local em

que o raio direto esteja desobstruído e varia-se a

distância de medição.

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Redes de dados

Teste de LoS (cont.)

Teste de LoS em corredor (PUC-Rio, Prédio Cardeal Leme 3º piso)

-90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Distância [m] Pot ênc ia r ecebi d a [ d Bm ]

Comprimento: 95,0 m ; Largura: 3,0 m

(30)

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Redes de dados

Teste de LoS (cont.)

separação entre antenas transmissora e receptora [m]

po tê nci a do si na l[ dB m ] n1= 1,43 n2= 4,29 ponto de quebra em d = 115 m L. Silva Mello

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Redes de dados

Teste de LoS em corredor estreito

Objetivo: Este teste serve para definir a perda do

sinal em relação à distância, sob alto efeito de

multipercursos.

Procedimento: Posiciona-se o

AP

em uma

extremidade de um corredor estreito e reto, de

modo que o raio direto fique desobstruído até a

outra extremidade, mas que haja um alto índice de

raios refletidos de potência significativa.

(31)

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Redes de dados

Teste de LoS em corredor estreito

(cont.)

Corredor 1

Corredor 2

Teste de LoS em corredor estreito (PUC-Rio, Prédio Kennedy 7º piso - CETUC)

Comprimento: 40,0 m ; Largura: 1,2 m

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Redes de dados

Teste de LoS em corredor estreito

(cont.)

-75 -35,2 -73 -79 -30,0 / 30,8* -79 -79 -81 -26,4 -74 -74 -74 -87 22,0 -68 -63 -63 -78 17,6 -61 -60 -74 -73 13,2 -63 -63 -67 -79 8,8 -61 > -45 -61 -64 4,4 5 mW (7 dBm) 10 mW (10 dBm) 5 mW (7 dBm) 1 mW (0 dBm) Corredor 2 Corredor 1 Potência recebida [dBm] Distância [m]

* a distância de 30,0 m é referente às medidas do corredor 1, enquanto 30,8 m é referente ao corredor 2.

Os resultados apresentam as mesmas características de teste de

LoS

em corredos largo, mas com a perda em relação à distância

um pouco mais acentuada:

(32)

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Redes de dados

Teste de difração em bordas

Objetivo: Mensurar a perda de penetração do sinal a

atravessar uma pequena parcela do obstáculo.

Procedimento: Posiciona-se o

AP

próximo a uma

“esquina” ou “curva” de uma parede, e varia-se a

posição do receptor na outra face do obstáculo.

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Redes de dados

Teste de atenuação em obstáculos

Objetivo: Mensurar a perda de penetração do sinal a

atravessar diferentes tipos de obstáculos.

Procedimento: Posiciona-se o

AP

de frente a uma

face de um obstáculo e efetuam-se medições

imediatamente antes e após o sinal atravessar o

obstáculo. Em caso de poder mover o obstáculo,

esta medida se torna mais confiável.

(33)

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Redes de dados

Teste de atenuação em obstáculos

(cont.)

4 a 8 dB 50,0 mm Lisa Gesso 13 a 19 dB 150,0 mm Lisa Cimento + Tinta Aberta/Fechada Vidro com persiana

2 a 4 dB / 0 a 1 dB 5,0 mm Próximo/Distante da esquadria metálica Vidro Janela 17 a 24 dB 200,0 mm Rugosa Cimento + Tinta 8 a 14 dB 100,0 mm Lisa Gesso 2 a 4 dB 35,0 mm Lisa Madeira (divisória) Parede 19 a 23 dB 41,0 mm Oca Metal 5 a 9 dB 53,0 mm Aglomerado Madeira 1 a 3 dB 35,0 mm Aglomerado Madeira Porta Perda adicional Espessura Característica Material de composição (predominante) Obstáculo L. Silva Mello

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Perda de penetração (para

comparação)

Conforme apresentado

anteriormente, a tabela ao

lado apresenta valores de

perda de penetração medidos

(pelo

European

COST 231):

20 a 25 Piso/Teto muito espesso

15 a 20 Piso/Teto espesso

20 a 25 Parede muito espessa(aprox. 30 cm)

15 a 20 Parede espessa(aprox. 15 cm)

10 Parede média (madeira)

5 a 8 Parede fina (madeira)

5 a 8 Janela (tinta metálica)

3 Janela (tinta não metálica)

0 Espaço Livre

Perda [dB] Obstáculo

(34)

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Redes de dados

Movimento de pessoas

Objetivo: Mensurar a variação e estabilidade do sinal

recebido quando existe obstrução do raio direto por

obstáculos móveis.

Procedimento: Posiciona-se o

AP

e o equipamento

medidor em posições fixas e que o sinal seja estável,

e simula-se a movimentação de pessoas obstruindo

o raio direto entre eles.

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Redes de dados

Movimento de pessoas (cont.)

6 a 12 dB 2 ou mais

4 a 8 dB 1

Perda média Número de pessoas em movimento

Os resultados foram muito próximos aos sugeridos

pelo ITU (ITU P. 1238-2), que é de 8 a 10 dB para 2,4

GHz.

(35)

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Teste de cobertura geral

Objetivo: Neste caso, o

AP

é posicionado em um

ponto qualquer e são efetuadas medidas ao longo

de todo ambiente para verificar os efeitos que

possam influenciar a propagação do sinal em cada

tipo de ambiente (

indoor

).

Procedimento: Posicionar o

AP

em um local fixo e

efetuar medições no interior de todo o ambiente em

que este está instalado.

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Teste de cobertura geral (cont.)

-76 > -45 -79 -72 -60 -52 AP1 AP2 -75 -72 -79 -58 -54 -54 -50 -64 -80 -60 -53 -63 -58 -54 > -45 > -45 -60 -72 -70 -81

Regiões de

handoff

AP1→ AP2 AP1→ AP2 AP2→ AP1

(36)

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Modelo Ajustado

Baseando-se no modelo COST 231 Keenan e Motley:

A partir das medidas efetuadas e apresentadas, definiu-se:

Perda de propagação a um metro da antena (L

₀

):

Coeficiente de propagação (n):

∑

= =

⋅

+

⋅

+

⋅

+

=

J j i w i w I i i f i f total

L

n

d

k

L

k

L

1 , , 1 , , 0

10 log(

)

48 a 62 dB -48 a -62 dBm

Indoor

(corredor largo)

45 a 47 dB -45 a -47 dBm

Indoor

(corredor estreito)

L

₀ Potência recebida a

1 metro Ambiente

2,3

Indoor

(corredor largo)

2,5

Indoor

(corredor estreito)

n

Ambiente

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Metodologia de projeto

O processo de planejamento pode ser dividido em 5

fases:

Definição das necessidades dos usuários

Mapeamento de uma possível rede existente

Planejamento de cobertura

Planejamento de capacidade

Planejamento de freqüência

(37)

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Metodologia de projeto (cont.)

A definição das necessidades dos usuários envolve:

Regiões a serem cobertas

Número médio de usuários

Taxas de transmissão mínima (por usuário)

Requisitos de segurança

Custo máximo do projeto

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Metodologia de projeto (cont.)

O mapeamento de uma possível rede existente é

importante para:

Mapear passagens de cabo

Identificar posições de ligação com a rede Ethernet

Identificar posições de ligação de energia

(38)

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Redes de dados

Metodologia de projeto (cont.)

O planejamento de cobertura envolve:

Cálculos de

Link Budget

Medidas de campo

Escolha dos equipamentos e antenas externas

Isolar áreas de cobertura que utilizam canais próximos

(conforme apresentado antereiormente)

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Redes de dados

Metodologia de projeto (cont.)

O planejamento de capacidade consiste em:

Descobrir o número médio de usuário simultâneos

sob a área de cobertura de cada

AP

.

Projetar o

througput

médio por usuário, de acordo

com suas aplicações (de acordo com tabela

apresentada anteriormente).

(39)

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Planejamento de freqüência

O planejamento de freqüência tem o objetivo de

reduzir interferências intra-sistêmicas, conforme

apresentado anteriomente.

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Software de testes

Conforme comentado neste trabalho, para um bom

planejamento de uma

WLAN

, são necessários estudos

no local de implantação.

Para tal, é interessante a utilização de

softwares

com a

capacidade de prover predições e auxiliar as medições

durante o processo.

(40)

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Características gerais

WLAN Walktest

Desenvolvido em Microsoft Visual Basic 6.0

Permite marcação de pontos de medidas sobre mapas

Efetua predição de cobertura sobre mapas

(com os modelos de propagação descritos)

Importação de mapas no padrão Metafile (.EMF, .WMF)

Exportação de dados de projeto para Microsoft Excel

(para auxiliar predição e comparação com medidas)

Atributos gráficos: definição de escala, criação de obstáculos,

zoom

, etc.

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(41)

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Exemplo 1 de cálculo de cobertura

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Referências Bibliográficas (1)

[1] Vagner Sacramento, “WLAN-802.11.pdf”, Departamento de Informática – PUC-Rio. (www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/transp/WLAN-80211.pdf)

[2] Eduardo Prado, Apresentação do Seminário WLAN - Wireless Local Area Network, 21 de maio de 2003 - RIOSOFT

[3] “Understanding Wi-Fi.pdf”, HP. (www.hp.com/sbso/wireless/images/understandingWiFi.pdf)

[4] Jim Zyren e Al Petrick, “IEEE 802.11 Tutorial”, 1999

[5] “[Wireless LAN] INFO - WLANs são inseguras?”. (www.cisco.com.br)

[6] Datasheet do Acces Point Cisco 350 Series (www.cisco.com)

[7] Tim Cox, “Education Wireless Solution”, 2002 (www.cisco.com)

[8] “FHSS”. (www.sss-mag.com/ss01.html#other)

[9] “DSSS”. (www.sss-mag.com/ss01.html#other)

[10] “OFDM”. (www.sss-mag.com/ofdm.html)

[11] Holma H. and Toskala A., "WCDMA for UMTS: radio access for third generation mobile communications", John Wiley, 2000

[12] “BreezeNET PRO.11 Series Reference Guide”, Cat. No. 213026, 1998.

(www.dateline.ru/download/manual/man-breezenet-pro-ref.pdf)

[13] Theodore S. Rappaport, “Wireless Communications-Principles & Practice”, Pretince Hall Inc, 1996

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Referências Bibliográficas (2)

[14] Marcio Eduardo da Costa Rodrigues, “Técnicas de Traçado de Raios em Três Dimensões para Cálculo de Campos em Ambientes Interiores e Exteriores”, Disertação de Mestrado – Pontificia

Universidade Católica de Rio de Janeiro, 2000

[15] G.C. Hess, “Handbook of Land-Mobile Radio System Coverage”, Mobile Telecomunications Series – Artech House, 1998

[16] N. Amitay, “Modeling and computer simulation of wave propagation in lineal line-of sight microcell”, IEEE Trans. Vehic. Technol, 1992

[17] R. F. Rudd, “Indoor Coverage Considerations for High-elevation Angle Systems”, Aegis Systems Limited, 2002

[18] Recommendation ITU-R P.1238-1, “Propagation data and prediction models for the planning of

indoor radiocommunication systems and radio local area networks in the range 900 MHz to 100 GHz”, 1997 – 1999 – 2001

[19] Steve Shellhammer, “Overview of ITU-R P.1238-1 Propagation Data and Prediction Methods for Planning of Indoor Radiocommunication Systems and Radio LAN in the Frequency Band 900 MHz to 100 GHz”, Symbol Technologies, 2000

[20] Professor Gláucio Lima Siqueira, “Notas de aula do Curso de Canal de Propagação Rádio Móvel”, CETUC-PUC/Rio, 2002

[21] Michael Döhler, “An Outdoor-Indoor Interface Model for Radio Wave Propagation for 2.4, 5.2 and 60 GHz”, Msc Thesis – King’s College London, 1999

[22] Keenan J.M. and Motley A.J., “Radio Coverage in Buildings”, British Telecom Technology Journal, 1990

[23] COST 231, “Digital Mobile Radio Towards Future Generation Systems”, Final Report – European

(43)

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Referências Bibliográficas (3)

[24] Daniela Laselva, “WLAN Indoor Radio Network Planning”, HUT Communications Laboratory, 2003

[25] N. Amitay, “Modeling and computer simulation of wave propagation in lineal line-of sight

Redes de Acesso em Banda Larga