REDES SEM FIO
PROFESSOR: MARCOS A. A. GONDIM
Roteiro
O padrão IEEE 802.11. Arquitetura. Canais de frequência. Associação. Protocolo MAC 802.11. Implementação de RTS e CTS. Quadro IEEE 802.11. A camada física. IEEE 802.11n IEEE 802.11 acO padrão IEEE 802.11
Antes da criação do padrão 802.11, já era possível comunicação sem fio.
Porém não havia padrão técnico definido.
Década de 1990: uma classe particular de padrões predominou -IEEE 802.11 (Wi-Fi).
O padrão IEEE 802.11
A ausência de um padrão para qualquer tecnologia trás algumas dificuldades:
Custo elevado dos equipamentos para implantação das redes.
Falta de interoperabilidade para os equipamentos de diversos fabricantes.
O padrão IEEE 802.11
Padrão Faixa de freqüência Taxa de dados
802.11b 2.4 – 2.485GHz até 11 Mbps 802.11a 5.1 – 5.8GHz até 54 Mbps 802.11g 2.4 – 2.485GHz até 54 Mbps 802.11n 2,4 – 2,485 e 5,1 – 5,8 GHz até 450 Mbps 802.11ac 5,1 – 5,8 GHz 1,3 Gbps 802.11ad (Wi-Gig) 5,1 – 5,8 GHz 5 Gbps
Soluções SOHO
• Bandas de 2.4GHz (450Mbps) e 5GHz (867Mbps).
Soluções SOHO
• Dual Band 2.4GHz e 5GHz.
• Maximiza o alcance com três antenas externas com amplificadores de alto ganho • Tecnologia Beamforming - Foca sinal Wi-Fi em direção aos dispositivos para
Arquitetura 802.11
Existem duas topologias comuns dentro da arquitetura
802.11:
Hosts que compõem uma BSS saem para a Internet através de um elemento concentrador que conecta todos os APs.
As estações podem se agrupar através de uma rede IBSS ou ad hoc onde não há nenhum controle central nem saída para
BSS
Internet AP BSS 1 AP BSS 2 Hub, switch ou roteadorCanais de frequência
Redes IEEE 802.11 necessitam de alguns cuidados em sua configuração.
Canais de frequência
A transmissão de sinais RF em redes WLANs pode ser realizada em duas categorias de bandas de frequência:
ISM (Instrumentation, Scientific & Medical), compreendem três segmentos do espectro
902 a 928 MHz,
2.400 a 2.483,5 MHz e
5.725 a 5.850 MHz) reservados para uso sem a necessidade de licença.
U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure) Esta banda foi criada pelo FCC nos Estados Unidos, sem exigência de licença, para acesso à
Internet, e compreende o segmento de freqüências entre 5.150 e 5.825 MHz.
Canais de frequência (2,4GHZ)
Disponibiliza 11 canais;Largura de banda de cada canal: 20 MHz;
Canais de frequência (2,4GHZ)
Canais adjacentes apresentam certo nível de sobreposição espectral.
Não apresentam sobreposição: 1, 6 e 11.
Canais de frequência (5GHZ)
O 802.11a disponibiliza nesta banda
12 canais
.
Utilizados sem a presença de interferência entre canais
adjacentes.
São subdivididos em canais de banda:
a. baixa (UNII-1); b. média (UNII-2); c. alta (UNII-3).
Canais de frequência (5GHZ)
1. Canais de banda baixa e média:
a. Maior alcance, menor atenuação.
b. Indicadas para o uso em aplicações externas.
2. Canais de banda alta:
a. Menor alcance, maior atenuação.
Associação
Conceito:
Em uma rede 802.11é necessário que cada estação
esteja associada a um AP (BSS) antes de enviar ou
receber quadros 802.11 contendo dados.
Associação
Alguns pré-requisitos são necessários:
Identificador de conjunto de serviços - SSID.
SSID: deve ser único, alfanumérico, sensível a maiúsculas e minúsculas e pode ter até 32 caracteres.
O AP envia periodicamente quadros de sinalização que
contém o SSID e o endereço MAC do ponto de acesso.
Estações sem fio por sua vez fazem uma varredura dos 11
canais (2,4GHz) em busca de quadros de sinalização de
pontos de acessos que estejam disponíveis.
Por fim selecionam um destes pontos de acesso e iniciam
o processo de associação.
Protocolo MAC 802.11
Concluído o processo de associação , a estação
sem fio pode iniciar o envio e recebimento de
quadros.
Entretanto várias estações podem querer
transmitir quadros de dados ao mesmo tempo,
o que propicia colisões na rede.
Protocolo MAC 802.11
Baseando-se no protocolo de acesso aleatório Ethernet
– utiliza-se CSMA/CA.
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Colision
Avoidance).
Significa que:
Cada estação sonda o canal antes de transmitir os dados. Não transmite caso perceba que o canal está ocupado.
Funcionamento do CSMA/CA
Os dois temporizadores mais importantes para o
correto funcionamento do CSMA/CA são o SIFS e DIFS:
SIFS (Short Interframe Space) = 10 ms [802.11b] e
16 ms [802.11g].
DIFS (DCF Interframe Space) = 50 ms [802.11b] e
34 ms [802.11g].
Etapas CSMA/CA
Etapas da transmissão de dados utilizando o protocolo
CSMA/CA 802.11:
1. Estação transmissora percebe canal ocioso → iniciará a transmissão após esperar um curto período de tempo (DIFS).
2. Caso perceba que o meio está ocupado → (backoff).
3. Iniciará a contagem para início da transmissão a partir do momento em que o canal estiver ocioso.
4. Caso o canal permaneça ocupado o valor do contador permanecerá estacionário.
Etapas CSMA/CA
5. Assim que o contador zerar, a estação transmitirá o
quadro inteiro e então ficará esperando um ACK.
6. Destino: após um tempo SIFS (Short Inter-Frame Space) envia um ACK após checagem do CRC.
7. Ao receber o ACK a estação transmissora saberá que os dados foram entregues corretamente.
8. Caso contrário a estação transmissora entrará novamente na fase de backoff e escolherá outro valor maior de tempo para retransmitir.
Pergunta:
Na etapa onde a estação obtém um valor de backoff aleatório e inicia uma contagem regressiva para transmissão, atrasando a sua transmissão mesmo que perceba que o meio está ocioso.
Em contrapartida no CSMA/CD (IEEE 802.3) uma estação
começa a transmitir imediatamente assim que percebe que o canal está ocioso.
Por que o CSMA/CD e CSMA/CA adotam abordagem diferentes?
RTS e CTS
Caso existam estações ocultas o CSMA/CA não é
suficiente para evitar colisões.
AP1
H2
RTS e CTS
Devido ao desvanecimento, a cobertura de sinal das estações sem fio é limitada.
Com isto as estações H1 e H2 irão transmitir “ao mesmo tempo” após o tempo DIFS.
RTS e CTS
Para evitar esse problema :
Utilização de um quadro de controle RTS (Request to Send -solicitação de envio).
RTS e CTS
Remetente quer enviar um quadro com dados:
1. Ele deve enviar primeiro um quadro RTS ao AP.
2. Indicar o tempo total requerido para transmitir o quadro. 3. Enviar o tempo para envio do quadro ACK de confirmação.
4. Quando o AP recebe o quadro RTS responde fazendo um broadcast de um quadro CTS.
Função do CTS
O CTS tem duas finalidades:
Dar ao remetente permissão para enviar os dados.
Instruir as outras estações sem fio que não enviem dados no tempo reservado.
Melhorias obtidas pelo padrão:
1. Aumento da taxa de dados para até 600Mbps.
2. Implementação do SU-MIMO (Single user – Multiple Input Multiple Output).
3. Channel Bonding.
4. Uso do OFDM com 52 sub-portadoras.
5. Redução do intervalo de guarda entre símbolos de 800ns para 400ns.
O padrão pode atingir 600Mb/s, porém com algumas condições:
i. Largura de banda do canal (channel bonding) ii. Quantidade de Fluxos (Spatial Streams)
iii. Situações de interferência
Técnica que realiza a combinação de canais.
Inserção dos Canais de 40Mhz através da técnica de Channel Boding trouxeram melhor aproveitamento.
IEEE 802.11n
Implementação de intervalo de quadros menor em conjunto com o CSMA/CA
SIFS (Short InterFrame Space) – 16 µs (Padrões antigos) RIFS (Reduced InterFrame Space) - 2 µs (Padrão 802.11n)
Implementação da técnica de oportunidade de transmissão (TXOP).
Dual Band
Utiliza as frequências de 2,4GHz e 5 GHz.
Na prática o roteador dual band funciona como se fossem 2 roteadores em 1.
Padrão IEEE 802.11ac
Criado em dezembro de 2012 pelo IEEE;
Buscava atender uma demanda maior de largura de banda, o objetivo seria atingir 1,3Gb/s;
Foi definido que seria restrito a frequência de 5Ghz; Inserção dos canais de 80MHz e 160MHz;
O padrão pode atingir 1,3Gb/s com a utilização da tecnologia MU-MIMO (multi-User-Multiple-Input-Multiple-Output), Tecnologia Beamforming e uso 256 QAM espalhamento espacial;
Padrão IEEE 802.11ac
Comparação MIMO simples e MIMO Multiusuário Maior reutilização espacial com MU-MIMO
