Temporada II - Redes pessoais sem fio

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Redes pessoais sem fio
APRESENTAÇÃO
A rede pessoal sem fio (WPAN) é caracterizada principalmente pelo uso de tecnologias sem fio 
e pelo objetivo de fornecer comunicação de curto alcance para dispositivos distribuídos em uma 
pequena rede doméstica.
A topologia e a cobertura desse tipo de rede permitem que dispositivos próximos troquem infor
mações e transmitam dados mais facilmente em diferentes frequências e topologias, facilitando 
desde tarefas mais simples e sendo úteis para objetivos mais complexos de monitoramento e con
trole com a aplicação de sensores e técnicas específicas que permitem o funcionamento de uma 
WPAN em diversos segmentos do mercado. 
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer as características de uma rede WPAN e apr
ender a classificá-la, considerando sua topologia e principais funcionalidades. Além disso, vai a
nalisar sua topologia, discutir a banda de frequência usada para seu funcionamento e entender co
mo ela funciona em um ambiente real.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Reconhecer o conceito e a classificação de WPAN.•
Explicar as topologias WPAN.•
Discutir as faixas de frequência utilizadas e a padronização de WPAN.•
DESAFIO
Nem todas as redes sem fio apresentam as mesmas características e sua funcionalidade é definid
a de acordo com o objetivo principal da comunicação entre os dispositivos e a necessidade de tra
nsmissão de dados entre eles. Um exemplo de uso mais simples de uma rede pessoal sem fio são 
 os periféricos instalados em uma residência.
Nesse contexto, acompanhe a seguinte situação:
Para facilitar a utilização de todos os dispositivos, você decidiu 
configurar uma rede WPAN, evitando muitos cabos e mantendo o ambiente mais organizado, al
ém de uma operação facilitada, utilizando sinais de radiofrequência, uma vez que todos os dispo
sitivos suportam conexão bluetooth.
Antes de iniciar a configuração do ambiente, você precisa:
a) Definir o tipo de topologia a ser usado. Qual representa o cenário utilizado e como seria estab
elecida a conexão entre os dispositivos?
b) Considerando que você utiliza uma conexão WLAN para se comunicar na Internet, precisa se 
certificar de que não haja interferências. Quais as verificações necessárias?
c) Quais serão as principais características que definem a WPAN configurada?
INFOGRÁFICO
Atualmente, diversos equipamentos eletrônicos de uso pessoal estão conectados constantemente 
a redes temporárias, assim como dispositivos de comunicação: microfone, fone de ouvido e equi
pamentos de jogos, além daqueles que armazenam informações.
Pelo fato de a maioria dos equipamentos precisar ser constantemente atualizada e sincronizada, 
o desenvolvimento e uso das WPANs cresce cada vez mais. Mas nem sempre as redes pessoais f
oram como são atualmente, tendo passado por constante evolução em relação a seu conceito.
No Infográfico a seguir, acompanhe algumas tecnologias que podem ser empregadas às redes W
PAN para auxiliar em sua funcionalidade.
CONTEÚDO DO LIVRO
Atualmente, os sistemas e aplicações representam a principal forma de conectar pessoas por mei
o da Internet, o que é possível porque as múltiplas tecnologias e redes de comunicação permitem 
que diferentes protocolos e interfaces de rede se tornem meios de comunicação e transmissão de 
dados.
A rede pessoal sem fio (WPAN) tem se tornado cada vez mais importante desde seu início, em 1
991, e alguns esquemas de implementação têm sido propostos como alternativas que facilitam di
versas tarefas em uma rede de pequeno porte envolvendo dispositivos de diferentes categorias.
No capítulo Redes pessoais sem fio, da obra Redes sem fio, base teórica desta Unidade de Apren
dizagem, você vai entender a funcionalidade das redes pessoais sem fio e os recursos básicos e p
adrões que permitem interligar dispositivos eletrônicos fisicamente próximos, agregando diversa
s vantagens, como qualidade e rapidez de transmissão.
Boa leitura.
REDES SEM FIO
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
 > Reconhecer o conceito e a classificação de WPAN.
 > Explicar as topologias WPAN.
 > Discutir as faixas de frequência utilizadas e a padronização de WPAN.
Introdução
Com o passar do tempo e o avanço da tecnologia, as redes sem fio surgiram 
considerando um sistema simples de funcionamento, com chips únicos e pe-
quenos sistemas de comunicação de dados que permitiam a comunicação 
entre os dispositivos, dando origem, posteriormente, às wireless personal area 
networks (WPAN), ou redes pessoais sem fio.
Como benefícios, as redes pessoais sem fio apresentam baixo custo de 
operação, menor consumo e, ainda, conseguem viabilizar a interconexão dos 
dispositivos por meio de um controlador, dispensando a necessidade de fios 
e operando em diversas bandas de frequências, o que soluciona diversos 
problemas de conectividade que envolviam dispositivos e periféricos utilizados 
na computação e em ambientes menos complexos.
Neste capítulo, você entenderá como uma rede pessoal sem fio funciona, 
compreendendo seus componentes e características principais, além de acom-
panhar exemplos que esclareçam o modo como pode ser utilizada em diversos 
cenários.
Redes pessoais 
sem fio
Fernanda Rosa da Silva
Conceitos básicos
Com a variedade de dispositivos e tecnologias que surgem rapidamente, uma 
das principais exigências do consumidor reside na facilidade e na mobilidade 
em utilizar tais equipamentos. Com isso, a maioria dos fabricantes já os consi-
dera fatores bem importantes para fornecer serviços cada vez mais flexíveis.
Uma exigência do usuário que vem tomando grande proporção é a ne-
cessidade de não utilizar cabos e fios, com a aquisição de tecnologias que 
os dispensem cada vez mais. Desse modo, fabricantes passaram a substituir 
cabos que ligam periféricos comuns, como impressoras, periféricos e outras 
tecnologias, por conexões invisíveis, sem fio e que não precisam ter grande 
alcance, oferecendo todos os recursos necessários. Assim, surgiram as redes 
pessoais sem fio, também denominadas WPAN.
As WPAN ficaram conhecidas por sua topologia simples e o relacionamento 
mestre-estravo que mantém entre os dispositivos, ou seja, de acordo com 
Araújo (2017), um controlador é responsável por controlar o fluxo da rede e 
manter a comunicação entre os escravos, que representam os dispositivos 
que desejam trocar informações entre si. 
Apesar de serem confundidas com as redes locais sem fio — as wireless 
local area networks (WLAN) —, as WPAN são formadas por uma arquitetura 
ainda mais simples, além de adicionarem vantagens, como baixo custo, apesar 
da menor potência em relação à sua infraestrutura (ALVES et al., 2010).
Suponha que você trabalha no modelo home office e mantém uma 
pequena estrutura para conseguir exercer suas tarefas utilizando 
o computador. Em seu escritório, dispõe de mouse e teclado sem fio, uma 
impressora sem fio compartilhada entre dois equipamentos e, frequentemente, 
transmite arquivos do seu smartphone para o notebook por uma conexão Blue-
tooth. Logo, você tem uma WPAN configurada e que mantém a comunicação 
entre seus dispositivos em um ambiente limitado.
Em sua definição, a WPAN passou por diversas evoluções, tendo cum-
prido seu principal objetivo de resolver limitações ligadas à interconexão 
de periféricos utilizados no cotidiano de usuários, como teclados, mouses e 
dispositivos celulares, muito utilizados no compartilhamento e na transmissão 
de dados atuais.
Redes pessoais sem fio2
Hoje, a WPAN desempenha papéis cada vez mais importantes nas ativida-
des humanas, sem se limitar ao seu objetivo original, mas também cobrindo 
vários outros segmentos, desde as redes de sensores manipuladas para 
supervisionar e monitorar os principais parâmetros humanos até áreas mais 
complexas, como saúde, uso de sensores inteligentes para monitorar o meio 
ambiente, controle de processos industriais e monitoramento de desastres 
ou áreas de conflito.
Oconceito de rede WPAN não define um ambiente fixo; ele especifica 
qualquer tipo de rede sem fio operando em área restrita ou privada, com 
cobertura limitada, interligando equipamentos eletrônicos, periféricos e 
atuadores ou um grupo de sensores ativos e inteligentes auto-organizáveis 
na rede.
Na Figura 1, podemos observar um exemplo simples de uma WPAN que 
utiliza Bluetooth (protocolo de comunicação de curto alcance projetado para 
oferecer baixo consumo de energia enquanto os dispositivos se comunicam 
por meio de suas interfaces) para se comunicar (RAPPAPORT, 2009).
Figura 1. Comunicação em uma WPAN.
Fonte: Rappaport (2009, p. 37).
Apesar do curto alcance, a facilidade que agrega às tarefas de diversos 
segmentos tem sido cada vez mais visível e de extrema importância para a 
produtividade até mesmo de novas áreas já desenvolvidas com base no que 
a tecnologia pode oferecer para o alcance de objetivos diversos.
Redes pessoais sem fio 3
Um exemplo que foge da simplicidade que deu origem às WPAN con-
siste na aplicação de sensores biomédicos utilizados para identificar 
mudanças e monitorar a maneira como elas podem alterar parâmetros biológicos 
em tecidos e órgãos, desempenhando um papel importante no monitoramento da 
pressão sanguínea e da temperatura do paciente, por exemplo, permitindo que 
o sensor envie as informações para um equipamento central no qual consigam 
ser analisadas (COSTA; PINHEIRO, 2010).
Diversas técnicas surgiram com base nas tecnologias de comunicação 
sem fio, principalmente considerando o uso de WPAN e sua funcionalidade. 
Segundo Rochol (2018), algumas aplicações para essa solução são:
 � interconexão sem fio de periféricos;
 � técnica UWB (ultra wide band — banda ultralarga), utilizada como re-
ferência para as tecnologias de rádio, cujas aplicações prometem 
revolucionar, por exemplo, a supervisão de pacientes (wireless body 
area networks — WBAN) e monitoramento de pacientes (health care);
 � radares de penetração em curtas distâncias;
 � diversas possibilidades de controle de veículos, que incluem sistemas 
de anticolisão, automação industrial e até mesmo a condução auto-
mática de veículos;
 � supervisão de sistemas complexos, como sistemas de vigilância (incên-
dio, terremotos, etc.), agricultura supervisionada, controle de processos 
em diversos ramos do mercado.
Ainda conforme Rochol (2018), o conceito de WPAN se torna possível gra-
ças ao uso de equipamentos de radiofrequência (RF) e tecnologias de saté-
lite, e, apesar de seu uso mais comum estar diretamente ligado às redes de 
computadores, como vimos, sua comunicação já é compatível com diversos 
dispositivos utilizados para outros fins.
Outro fator importante reside no fato de que sua estrutura e funcionalidade 
estão associadas a quatro aspectos fundamentais (ROCHOL, 2018):
Redes pessoais sem fio4
1. Áreas de cobertura exclusivas e restritas. A área pode ser restrita a 
quartos, casas, carros, navios, trens, aviões e até mesmo corpos huma-
nos. No entanto, a rede também pode ser expandida pela propagação 
de sensores inteligentes autoconectados para cobrir uma área capaz 
de atingir vários quilômetros quadrados.
2. O alcance dos links de rádio é de apenas alguns metros, mas, conforme 
a aplicação, podem atingir 100 metros ou mais.
3. Interface de radiofrequência de baixo custo e baixa potência, operando 
em uma banda de frequência não licenciada (chamada de banda ISM), 
na ciência industrial e na medicina.
4. Capacidade de auto-organização dos seus nós sensores para formar 
pequenos segmentos de rede:
 ■ Piconet — utilizada sempre que existir a necessidade de conexão e 
transmissão de dados entre um dispositivo e outro, consiste em um 
nó-mestre e nós-escravos que funcionam mantendo uma distância 
máxima estabelecida pelas características da WPAN;
 ■ Scatternet — representa uma coleção de piconets.
 ■ Apesar de sua estrutura simples, uma rede WAPN pode ser classi-
ficada de acordo com alguns critérios específicos, como veremos 
a seguir.
Classificação das redes WPAN
Com base na maneira como são empregadas no ambiente de rede, as aplica-
ções que funcionam em WPAN podem ser categorizadas em quatro classes, 
que definem os critérios para que sua instalação seja realizada e o modo 
como os dispositivos se conectam (ROCHOL, 2018), conforme descrito a seguir.
Wireless device interconnection (WDI)
O propósito da categoria WDI consiste em interconectar dispositivos periféricos 
ou dispositivos eletrônicos de entretenimento. Esse tipo de WPAN é supor-
tado por um padrão comercial amplamente reconhecido, desenvolvido por 
uma aliança de fabricantes chamada Bluetooth e que está em conformidade 
com o Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) por meio da 
norma 802.15.1, a qual suporta conexões ponto a ponto, em que um dispositivo 
central se conecta aos demais para possibilitar a comunicação entre eles. 
A Figura 2 exibe uma WPAN do tipo WDI e suas diferentes padronizações.
Redes pessoais sem fio 5
Figura 2. Padronizações em uma WPAN do tipo WDI.
Fonte: Adaptada de Rochol (2018).
Redes sem fio de área pessoal
(Wireless private area networks – WPAN)
Redes sem fio para
interconexão de dispositivos
(Wireless device
interconnection – WDI)
Bluetooth
(IEEE
802.15.1)
Bluetooth
low energy
(BLE)
IRDA
Infrated Data
Association
Li-Fi
Light
Fidelity
RFID
RF identifier
Bluetooth (IEEE 802.15.1): permite a comunicação entre pequenos dispositivos 
de uso pessoal, como PDA, telefonia móvel e computadores portáteis, além 
de ser utilizado por periféricos, impressoras e qualquer dispositivo que 
disponha de um chip para funcionar.
Bluetooth low energy (BLE): tecnologia muito utilizada em redes pessoais 
sem fio por fornecer consumo e curso de energia consideravelmente mais 
baixos que a versão tradicional, mantendo um alcance bem próximo ao da 
outra versão. 
Infrared data association (IRDA): padrão de comunicação para equipamentos 
wireless, substituído pelo Bluetooth em virtude das baixas taxas de trans-
missão e da limitação em relação ao alcance.
Li-Fi light fidelity: sistema de comunicação com o uso de luz para transmitir 
informações em alta velocidade por meio de redes sem fio, seu funcionamento 
se baseia no uso de lâmpadas de LED.
RDIF RF Identifier (identificação de radiofrequência): descreve um método de 
identificação automática por meio de sinais de rádio, capaz de armazenar e 
recursos dados remotamente por dispositivos denominados RFID.
Redes pessoais sem fio6
Wireless sensor networks (WSN)
Como os sensores inteligentes funcionam interconectados e podem se auto-
-organizar em redes do tipo ad hoc (redes sem fio que dispensam um ponto de 
acesso comum entre os dispositivos conectados), são chamados de redes sem 
infraestrutura. Essas WPAN, também conhecidas como WSN, são as soluções 
mais avançadas atualmente, dando suportes a áreas como biomedicina, saúde, 
meio ambiente, agricultura ou qualquer problema que exija ser controlado 
em tempo real.
Industrial wireless sensor networks (IWSN)
Nesse tipo de classificação, as WPAN estão concentradas principalmente na 
área de controle de automação industrial, aquisição de dados e monitoramento 
de processos em diversos segmentos. 
A rede WPAN Zig-Bee, um dos exemplos mais utilizados dessa categoria, 
adota a padronização recomendada pelo IEEE 802.15.4 (2011) na camada física 
e fornece um bom suporte para as seguintes redes:
Wireless building automation (WBA): sistemas em grande evolução que pro-
metem automação predial, para construção de edifícios, porém sem ainda 
um suporte de ferramentas adequadas para possibilitar colocar o projeto 
em prática.
Wireless home automation (WHA): inspiração para projetos residenciais, 
reformas e projetos influenciados pela conservação de energia e pela sus-
tentabilidade ambiental.
WHART (sensor remoto endereçável — Wireless HART-highway): tecnologia 
de redes de sensores sem fio desenvolvidos para integrar novas redes sem 
fio e auxiliar na automação deprocessos em diversos ramos.
Ultra-wide band (UWB)
Essas aplicações WPAN são voltadas principalmente para a exploração de 
atributos como radar de curto alcance, sistema de anticolisão automotiva, 
rede de sensores biomédicos localizados no corpo humano, etc.
Redes pessoais sem fio 7
Antes do surgimento do Bluetooth, as redes WPAN podiam se ca-
racterizar pela conexão de dispositivos que utilizam infravermelho 
para prover a interação de suas interfaces, principalmente na utilização de 
dispositivos móveis.
Embora a maioria das WPAN se comunique via comunicação Bluetooth, os 
dispositivos também podem transferir dados por conexão Wi-Fi, o que não 
significa que a rede evolua para uma WLAN. Dois dispositivos móveis podem 
receber chamadas por meio de aplicações que utilizem Wi-Fi e, em alguns 
casos, é possível usar outras frequências de rádio ou sinais infravermelhos.
Como as WPAN são sem fio, torna-se uma tarefa fácil emparelhar dis-
positivos utilizando Bluetooth, já que, em redes desse tipo, eles podem 
ser descobertos automaticamente quando dentro do alcance um do outro. 
De todo modo, uma rede WPAN pode ser instalada considerando suas topo-
logias, o número de dispositivos, a maneira como a rede pretende utilizar os 
computadores e outros componentes que abrangem a rede.
Topologias WPAN
Como qualquer rede de computadores, a WPAN também é definida em dife-
rentes tipos, que definem a organização da rede, sua extensão geográfica e a 
maneira como o meio conecta os dispositivos e como cada nó está interligado 
entre si. Os termos que definem essas redes também pouco se assemelham 
à topologia das redes com fio, como descrito a seguir, de acordo com Rochol 
(2018).
Topologia estrela
Também denominada "centralizada", representa a estrutura mais simples, 
cujo funcionamento basicamente se dá a cerca de um nó central utilizado 
para controlar cada hospedeiro ou sensor alocado na rede. Nesse modelo de 
rede, além de o ponto central estabelecer contato com todos os dispositivos 
da WPAN, torna-se responsável por intermediar a relação e a comunicação de 
um com o outro; assim, o tráfego direto entre eles não é comum.
Redes pessoais sem fio8
Topologia em árvore hierarquizada
Conhecida ainda como "ad hoc", a topologia em árvore hierarquizada nor-
malmente é estabelecida segundo o paradigma ad hoc, pelo qual todos os 
dispositivos funcionam como roteadores e têm total liberdade para encaminhar 
dados para qualquer dispositivo da rede.
Uma característica essencial de uma WPAN reside na mobilidade dos 
nós, já que frequentemente estes precisam ser reconfigurados. Em redes 
de topologia árvore ou ad hoc, Rochol (2018) aponta que as redes também 
podem ser conhecidas como mobile ad hoc network (MANET).
É importante saber que a velocidade da rede depende de sua movimenta-
ção, que pode limitar o desempenho e a agilidade na forma como a comunica-
ção se dá entre os nós. Isso porque as atualizações constantes em relação às 
informações da topologia em cada nó consomem bastante da sua capacidade.
Topologia em malha (mesh)
Já a interligação dos hospedeiros por meio da topologia em malha, de acordo 
com Rochol (2018), tem sua formação baseada em nós de acesso. 
Na topologia de malha, cada dispositivo envolvido na arquitetura de rede 
apresenta um link ponto a ponto dedicado e interligado a um nó intermediário, 
para que possa se conectar com os demais dispositivos, motivo pelo qual 
envolve uma infraestrutura mais robusta e com uma quantidade maior de 
conexões estabelecidas. Isso significa que toda vez que uma transmissão é 
iniciada na rede, o link tem o papel de transportar o tráfego apenas entre os 
dois dispositivos que ele interliga. 
As três topologias apresentadas são exibidas na Figura 3, na qual:
 � (a) a topologia centralizada em estrela ilustra a comunicação estabe-
lecida entre os pontos por meio de um único controlador central que 
representa o início e o término da comunicação em torno da rede;
 � a topologia em árvore (b) simboliza uma série de comunicações que 
podem ser interrompidas e reestabelecidas a qualquer momento, 
já que cada um dos nós funciona de modo independente;
 � a topologia em malha (c) representa uma infraestrutura geralmente 
utilizada em redes mais complexas que utilizam sensores para coletar 
dados e enviar ao nó central, que gerencia as informações na rede.
Redes pessoais sem fio 9
Figura 3. Topologias WPAN.
Fonte: Rochol (2018, p. 120).
Conhecendo as topologias WPAN, outros conceitos importantes referentes 
aos aspectos fundamentais desse tipo de rede e de topologias que podem 
ser implementadas precisam ser descritos.
Quando uma rede WPAN se torna um pouco mais extensa, pode ser formada 
por diversas piconets (cada uma delas é composta por até oito dispositivos 
que se comunicam entre si), desde que estejam presentes em uma mesma 
localidade e mantendo a distância estabelecida para possibilitar a transmissão 
de dados, podendo estar conectadas por meio de um nó-ponte, situado em 
mais de uma piconet. 
Uma coleção de piconets também pode ser utilizada para atenderá uma 
área maior, estendendo o alcance do sinal, a que se dá o nome de scatternet. 
A Figura 4 traz exemplos de arquiteturas de acordo com as topologias e as 
categorias apresentadas, bem como os componentes básicos utilizados para 
o seu funcionamento.
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Figura 4. Exemplos de redes WPAN. 
Fonte: Rochol (2018, p. 121).
Redes pessoais sem fio 11
A figura representa diferentes topologias e de que maneira podem utilizar 
tecnologias diferentes para atender às necessidades da rede WPAN. Enquanto 
em (a) a tecnologia WDI é utilizada para interconectar diversos periféricos 
entre si, por meio de um sistema de três piconets para maximizar o alcance 
do canal de RF, em (b) diversos sensores são representados dentro da rede, 
como ocorre no segmento de medicina para o controle de fatores críticos de 
pacientes localizados em toda a área. Já em (c), é representada uma topologia 
de malha, envolvendo múltiplos nós de controle, cada um responsável por 
parte da rede, mas que trocam informações entre si.
É possível notar que qualquer topologia de rede WPAN tem um nó, gateway 
ou mestre, responsáveis pelo controle total da rede e intermediadores da 
conexão entre os pontos. Em alguns modelos, um ponto de coleta é estabe-
lecido para receber as informações e retransmiti-las em ambos os sentidos, 
seja para o nó de origem, seja para o mestre, quando for necessário. 
Na maioria das vezes, os nós são móveis em uma rede WPAN, mas o 
nó-mestre responsável por controlar os sensores é fixo e tem essa função 
atribuída.
Além das topologias apresentadas, as redes WPAN atuam sob influência 
de padrões e frequências que funcionam como base para a transmissão de 
dados, conforme abordado a seguir.
Frequências e padronização de redes WPAN
Como as redes WPAN operam transmitindo sinais para suprir a necessidade 
do cabeamento de que não dispõem, atuam em faixas de frequências es-
pecíficas conhecidas como industrial scientific and medical (ISM), utilizadas 
também por outras tecnologias de rede sem fio, como as WLAN, telefones 
sem fio e um conjunto amplo de RSSF (redes de sensores sem fio, subclasse 
das redes ad hoc).
A Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) definiu diversas bandas 
de RF para esse fim, como visto no Quadro 1, por meio de informações de 
frequência, banda e largura de banda, definidas por Rochol (2018).
Redes pessoais sem fio12
Quadro 1. Bandas ISM utilizadas em WPAN
Tipo de 
frequência
Faixa do 
espectro 
de radio-
frequência
Bandas ISM
Largura 
de bandaLimite 
mínimo
Limite 
máximo
HF — alta 
frequência
3 MHz a 
30 MHz
 � 6,765 MHz
 � 13,563 MHz
 � 26,957 MHz
 � 6,795 MHz
 � 13,567 MHz
 � 27,283 MHz
 � 30 kHz
 � 4 kHz
 � 326 kHz
VHF — 
frequência 
muito alta
30 MHz a 
300 MHz
 � 40,660 MHz � 40,700 MHz � 40 kHz
UHF — 
frequência 
ultra-alta 
300 MHz a 
3 GHz
 � 902 MHz
 � 2,400 GHz
 � 928 MHz
 � 2,500 GHz
 � 26 MHz
 �100 MHz
SHF – 
frequência 
superalta 
3 GHz a 
30 GHz
 � 5,725 GHz
 � 24,000 GHz
 � 5,850 GHz
 � 24,250 GHz
 � 125 MHz 
 � 250 MHz
EHF – 
frequência 
extrema-
mente alta
30 GHz a 
300 GHz
 � 61,00 GHz
 � 122,00 GHz
 � 244,00 GHz
 � 61,50 GHz
 � 123,0 GHz
 � 246,0 GHz
 � 500 MHz
 � 1 GHz
 � 2 GHz 
Fonte: Adaptado de Rochol (2018).
Apesar de existirem diversos segmentos de frequências disponíveis para 
uso dentro de uma rede WPAN, de acordo com as definições do FCC, tanto 
as redes pessoais quanto as WLAN utilizam frequentemente um intervalo de 
banda ISM específico, uma das quais definida na faixa de UHF e a outra na 
faixa de SHF, conforme a Figura 5:
 � a faixa de 900 MHz, com uma largura de banda de 26 MHz;
 � a faixa de 2,4 GHz, com uma largura de banda de 83,5 MHz (FCC);
 � a faixa de 5 GHz, com uma largura de banda de 125 MHz (FCC).
Redes pessoais sem fio 13
Figura 5. Bandas ISM mais utilizadas nos espectros UHF e SHF.
Fonte: Rochol (2018, p. 124).
A Anatel, que regulamenta o uso do espectro de RF no Brasil, definiu 
apenas as duas primeiras bandas ISM, permanecendo neutra sobre o uso da 
terceira, estabelecida na faixa de 5 GHz. Quanto ao uso dessas bandas de 
frequência, para que possamos entender como o uso dessas frequências afeta 
o funcionamento da WPAN, é necessário compará-las brevemente com a WLAN.
A rede WPAN usa as duas bandas de frequência ISM inferiores, enquanto a 
rede WLAN emprega as duas bandas de frequência ISM superiores. Portanto, 
nas palavras de Rochol (2018), WPAN e WLAN disputam sobre a banda de 
frequência ISM de 2,4 GHz, porque as condições de propagação dessa banda 
são mais favoráveis. 
Pelo fato de as redes WPAN e WLAN utilizarem a banda de frequência de 
2,4 GHz para transmissão prioritária, a interferência mútua entre as duas 
aplicações tenderá a aumentar nos próximos anos. Porém, pelo fato de a 
WPAN ser uma rede que transmite em frequências menores em relação às 
WLAN, é a sua funcionalidade que acaba sendo comprometida, já que uma 
WLAN sobrepõe a sua capacidade. 
Segundo Rochol (2018), a vantagem da WPAN sobre a WLAN refere-se ao 
uso dos canais disponíveis e sua sobreposição: existem 11 canais em WLAN 
e 79 em WPAN. Portanto, no primeiro, apenas os canais 1, 6 e 11 podem ser 
usados simultaneamente em uma área comum, mas, no segundo, cada canal 
representa uma largura de banda de 1 MHz, o que pode ampliar seu alcance 
de uso. Isso se deve ao uso de uma técnica de espalhamento de espectro 
chamada de frequency hopping spread spectrum (FHSS).
Redes pessoais sem fio14
A FHSS é um método de transmissão de sinais de rádio que envolve o 
uso de uma sequência pseudoaleatória conhecida por cada transmissor 
e estação emissora, constantemente mudando-se a portadora em cada canal re-
ceptor. Em comparação à transmissão de frequência fixa, a transmissão de espectro 
variável oferece como vantagens a resistência a interferências e a dificuldade 
de interceptação do sinal. Além disso, compartilha largura de banda com vários 
tipos de transmissores convencionais com interferência mínima (ROCHA, 2006).
Na Figura 6, na qual os espectros de canal das tecnologias WLAN e WPAN 
se sobrepõem, observamos a interferência mútua que pode ocorrer entre 
elas, além da canalização utilizada pelas redes WLAN e a utilizada pelas WPAN 
do tipo Bluetooth, na banda ISM de 2,4 GHz; assim, apenas os canais 1, 6 e 11 
podem ser ocupados simultaneamente em determinada área. 
Figura 6. Sobreposição dos canais WPAN e WLAN.
Fonte: Rochol (2018, p. 125).
Redes pessoais sem fio 15
Padronização do IEEE para WPAN
O IEEE é uma organização formada sem fins lucrativos com o objetivo de estar 
a par da evolução tecnológica e dos benefícios que promove para a humani-
dade, cuja principal atribuição consiste em elaborar padrões principalmente 
voltados para sistemas de comunicações.
Os padrões IEEE estabelecidos pelo órgão são os mais populares entre os 
fabricantes de equipamentos e garantem de modo geral a interoperabilidade 
entre dispositivos e equipamentos utilizados na mesma rede, por meio de 
um subconjunto de funcionalidades adotados globalmente.
No campo das redes WPAN, uma das alianças de fabricantes mais impor-
tantes é a aliança Bluetooth, introduzida pela Ericsson em 1994 e com uma 
velocidade teórica de 1 Mbps, proporcionando um alcance máximo de cerca 
de 30 metros.
O padrão Bluetooth, também conhecido como IEEE 802.15.1, tem a vanta-
gem do baixo consumo de energia, o que o torna adequado para redes que 
comportam pequenos dispositivos.
No entanto, outras tecnologias também foram padronizadas para uso em 
WPAN, como a HomeRF (Home Radio Frequency) e a ZigBee (também conhecida 
como IEEE 802.15.4), que permitem conexões sem fio e infravermelhas, que 
ficaram um tanto desatualizadas em relação às demais.
A padronização de redes sem fio do tipo WPAN está sob responsabilidade 
do grupo WG — Working Group IEEE 802.15 — WPAN, que dá suporte a todos 
os fundamentos das camadas inferiores em redes locais pessoais e sem fio 
(WPAN), de acordo com Rochol (2018).
A padronização da rede WPAN segue o modelo de referência em camadas 
estabelecido pela Organização Internacional para Padronização (ISO), cujos 
modelo e arquitetura de protocolos podem ser analisados na Figura 7, que 
demonstra um modelo genérico de rede sem fio (TUDE, 2013).
Redes pessoais sem fio16
Figura 7. Modelo genérico de rede sem fio.
Fonte: Tude (2013, documento on-line).
Suas camadas podem ser descritas, segundo Rochol (2018), como:
 � LLC: funções de estabelecimento, manutenção e encerramento de uma 
conexão de enlace, notificação de erros, controle de fluxo, parâmetros 
de qualidade de serviço;
 � MAC: algoritmo de controle de acesso ao meio e geração e recepção 
de unidades de dados chamadas de quadros MAC;
 � nível físico (funções de convergência): codificação de canal com em-
baralhamento de bits, códigos de correção de erros (FEO), códigos de 
entrelaçamento;
 � nível físico (transmissão e recebimento — XMT/REC, canal de radiofre-
quência — RF): funções de convergência de transmissão, codificação da 
banda-base, funções de modulação e demodulação de uma portadora 
do canal de RF.
De acordo com a complexidade dessas funções, os níveis que compõem a 
arquitetura de uma WPAN podem ser subdivididos em vários subníveis, cada 
qual correspondendo a um conjunto de características de determinada tarefa 
ou objetivo. Para cada nova arquitetura, o modelo deve ser adaptado às con-
dições específicas da WPAN, para atender plenamente às suas necessidades.
Redes pessoais sem fio 17
Podemos concluir que as WPAN são usadas para transmitir informações 
em distâncias relativamente curtas, implementando uma ampla gama de dis-
positivos que funcionam como soluções econômicas e eficientes em energia. 
A baixa complexidade e o alto custo de operação representam característi-
cas que influenciam a sua utilização e, de forma positiva, cenários que têm 
como objetivos a automação de processos e a utilização de sensores para 
estabelecer a comunicação sem fio. Apesar de suas limitações, a tecnologia 
atende plenamente aos objetivos para os quais foi idealizada, passando por 
atualizações à medida que surgem as evoluções tecnológicas. 
Referências
ALVES, F. R. et al. Redes Sem Fio I: Análise de Vulnerabilidade. Teleco – Inteligência em 
Telecomunicações, São José dos Campos, 17 out. 2010. Disponível em: https://www.
teleco.com.br/tutoriais/tutorialredesemfio1/pagina_2.asp. Acesso em: 26 nov. 2020.
ARAÚJO, E. F. S. Redes IEEE 802.15.4. 2017. Monografia (Trabalho destinado à disciplina 
de Redes II) – Grupo de Teleinfomática e Automação, Universidade Federal do Rio de 
Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. Disponível em: https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/
trabalhos_v1_2017_2/802154/index.html. Acesso em: 26 nov. 2020.
COSTA, E. L.; PINHEIRO, C. D. B. WPANs – Redes Pessoais sem fio. Uma simulação de 
sensoriamento remoto para aplicações médicas. In: ESCOLA REGIONAL DE INFORMÁTICA 
PARA A REGIÃO NORTE,2., 2010, Manaus. Anais [...]. Manaus: Uninorte, 2010. Disponível 
em: https://www.inpa.gov.br/erin2010/Artigo/Artigo3.pdf. Acesso em: 26 nov. 2020.
RAPPAPORT, T. S. Comunicações sem fio: princípios e práticas. 2. ed. São Paulo: Pearson 
Prentice Hall, 2009. 432 p.
ROCHA, J. W. V. WLAN de Alta Velocidade I: Protocolos. Teleco – Inteligência em Teleco-
municações, São José dos Campos, 19 jun. 2006. Disponível em: https://www.teleco.
com.br/tutoriais/tutorialredeswlani/pagina_5.asp. Acesso em: 26 nov. 2020.
ROCHOL, J. Sistemas de comunicação sem fio: conceitos e aplicações. Porto Alegre: 
Bookman, 2018. 500 p. (Série: Livros Didáticos Informática UFRGS, 24).
TUDE, E. Bluetooth: Padronização e Protocolos. Teleco – Inteligência em Telecomuni-
cações, São José dos Campos, 6 maio 2013. Disponível em: https://www.teleco.com.br/
tutoriais/tutorialredeswlani/pagina_5.asp. Acesso em: 26 nov. 2020.
Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos 
testados, e seu funcionamento foi comprovado no momento da 
publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas 
páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os edito-
res declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou 
integralidade das informações referidas em tais links.
Redes pessoais sem fio18
DICA DO PROFESSOR
Para atingir os objetivos projetados por sua estrutura, uma WPAN estabelece conexão entre disp
ositivos por meio de diversos componentes, protocolos e padrões, responsáveis pela comunicaçã
o lógica entre os pontos da rede.
Para cada propósito, existem padrões específicos que influenciam na funcionalidade da rede por 
meio de suas características e capacidades técnicas.
Nesta Dica do Professor, conheça os principais padrões utilizados em uma rede WPAN: Bluetoo
th e ZigBee, entendendo como suas características podem ser importantes para a transmissão de 
dados.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar.
EXERCÍCIOS
1) Uma rede WPAN (rede pessoal sem fio) pode ter sua arquitetura baseada no modelo 
OSI, que define a rede de computadores dividida em camadas, operadas por protocol
os com a função de comunicação entre os dispositivos.
Sobre essa arquitetura e o padrão IEEE 802.15.4, é correto afirmar que as camadas d
efinidas são: 
A) 
camada física e subcamada MAC (Controle de Acesso ao Meio), que trabalha dentro da ca
mada de rede no modelo IEEE 802, apesar de estar relacionada à camada de enlace na estr
utura do modelo OSI. Algumas alterações foram necessárias quando adaptada para as rede
s WPAN.
camada física e suas subcamadas: Controle de Acesso ao Meio (MAC) e Controle de Enlac
e Lógico (LLC). No entanto, protocolos como Bluetooth e ZigBee atuam na camada de aplB) 
icação presente no modelo IEEE, para garantir a comunicação entre os dispositivos.
C) 
camada física e subcamadas: Controle de Acesso ao Meio (MAC) e Controle de Enlace L
ógico (LLC), respectivamente operantes nas camadas de enlace de dados e rede.
D) 
camada física e subcamadas: Controle de Acesso a Mídia (MAC) e Controle de Link Lógic
o (LLC), relacionadas à camada de enlace de dados. Pode-se, ainda, afirmar que o protocol
o de controle do Bluetooth funciona tanto na camada física quanto na camada MAC do mo
delo IEEE 802.
E) 
o padrão IEEE 802.15.4 tem sua arquitetura totalmente baseada no modelo OSI; por isso, é 
composto por sete camadas, em que cada protocolo aplicado a uma rede WPAN atua em u
ma delas.
2) Uma WPAN sugere diversas aplicações, que podem ser facilitadas por sua arquitetur
a simples, e implementação de dispositivos utilizados frequentemente por usuários e
m suas residências ou, até mesmo, em diversos segmentos em redes que utilizam sens
ores, por exemplo. Sobre suas funcionalidades, considere as seguintes afirmativas: 
I. Possibilita a conexão de periféricos na rede, desde que sejam compatíveis com tecn
ologias que permitam sua utilização pela transmissão de sinais como Bluetooth.
II. Utilizada em aplicações de diversos segmentos, como a área médica, para controle 
de pacientes e monitoramento de fatores de saúde, pela utilização de sensores que rep
licam as informações para o nó mestre.
III. Permite utilização em sistemas de vigilância com a finalidade de monitorar até m
esmo desastres naturais, incêndios e acompanhar fatores ligados ao setor agrícola.
IV. Proporciona interconexão de dispositivos hospedados em diferentes redes, assim c
omo ocorre em uma WLAN, permitindo que a conexão Bluetooth tenha longo alcance 
com o uso de um conjunto de Piconets. 
V. Facilita a conexão de dispositivos em datacenters que não necessitam mais de uma 
grande quantidade de cabos para garantir a funcionalidade das aplicações e serviços 
que compõem a infraestrutura de uma organização, seja ela de pequeno, médio ou gr
ande porte.
São corretas as afirmativas:
A) 
I, II e III.
B) 
I e III.
C) 
I, III e IV.
D) 
II, IV e V.
E) 
II e III.
3) Além de suas funcionalidades e componentes, uma WLAN considera quatro aspectos 
fundamentais, além da forma como são classificadas acerca de sua operação. 
Sobre isso, considere as seguintes afirmações e classifique-as em verdadeiras (V) ou f
alsas (F):
( ) Um fator muito importante leva em consideração a restrição de uma rede WPAN, 
mas isso não impede que, além de cobrir áreas residenciais e redes de pequeno porte, 
possa ser utilizada em veículos como carros, navios e aviões ou mesmo no corpo hum
ano. 
( ) A propagação de sinal que forma uma Scatternet se dá por meio do uso de sensore
s para expandir a cobertura de uma área de forma inteligente, e pode cobrir até mes
mo quilômetros de distância. 
( ) Sua operação é baseada na banda ISM, capacitando os sensores a formar pequeno
s segmentos de rede, cada um espaçado do outro por 2MHz.
( ) Industrial Wireless Sensor Networks é uma categoria muito utilizada no ramo da 
medicina para aquisição de dados e monitoramento, e ZigBee é um exemplo de tecnol
ogia utilizada.
( ) Redes WPAN categorizadas como WHA (Wireless Home Automation) inspiram p
rojetos baseados na automação de projetos tanto para residências como para redes de 
longa distância.
A) 
V – F – F – F – V.
B) 
V – V – F – F – V.
C) 
V – V – F – F – F.
D) 
F – F – V – V – F.
E) 
V – V – V – V – F.
4) Assim como as redes cabeadas, as redes WPAN também são definidas de acordo com 
sua topologia e a disposição dos equipamentos envolvidos em sua estrutura.
Sobre a topologia hierarquizada, como sua conexão pode ser definida?
A) 
Uma topologia hierarquizada é a única capaz de funcionar com formação de Scatternet, se
ndo mais complexa do que as demais, que somente operam transmitindo sinal para uma Pi
conet, de estrutura mais simples e suportando um número limitado de nós que se comunica
m entre si.
B) 
Essa topologia é representada pela conexão de uma topologia centralizada em estrela e um
a topologia em malha, em que cada uma reflete suas próprias características e permite que, 
em momentos específicos, a rede que mais se adequa à necessidade de transmissão seja uti
lizada, alterando sua arquitetura constantemente.
C) 
Topologia de complexidade média, em que cada dispositivo estabelece um ponto dedicado 
interligado a um nó intermediário; por isso, a principal característica dessa topologia defin
e uma grande quantidade de conexões estabelecidas ao mesmo tempo. 
D) 
Representa a arquitetura mais simples que pode existir em uma rede WPAN, funcionando 
com base em um nó principal e centralizado, responsável por controlar todos os outros e fa
zer o meio-campo para que possam se comunicar entre si indiretamente.
E) 
Também denominada ad hoc. Cada dispositivo funciona como um roteador e pode encami
nhar dados para todos os outros dispositivos, tendo total mobilidade, mas apresentando, co
mo desvantagem, o fato de que os dispositivos frequentemente precisam ser reconfigurado
s para acessar a rede.
Uma rede WPAN funcionatransmitindo sinais e opera em frequências específicas, est
abelecidas para sua operação, denominadas ISM, também utilizadas por redes sem fi
o (WLAN), por meio de radiofrequência.
5) 
Sobre a funcionalidade de ambas as redes e as frequências utilizadas, aponte a altern
ativa correta. 
A) 
Na faixa de frequência de 5GHz, mesmo que a largura de banda seja definida para operaçã
o de WPAN, as duas redes disputarão a frequência, o que torna a operação de WPAN mais 
eficaz do que WLANs que requerem mais recursos, já que eles não são totalmente atendid
os nessa condição. 
B) 
Quando a frequência ISM de 2,4GHz é utilizada por uma WPAN, é possível que sua opera
ção seja afetada, quando WLANs utilizam a mesma frequência, já que a WLAN sobrepõe 
sua capacidade, o que não pode ser resolvido e acaba interrompendo completamente a func
ionalidade de uma WPAN.
C) 
A banda ISM é utilizada principalmente em dois espectros, denominados UHF e SHF, resp
ectivamente utilizados por WPAN e WLAN, que não apresentam nenhuma possibilidade d
e interferência entre as duas redes, separando a operação de cada uma das categorias de red
es sem fio disponíveis.
D) 
Por ser uma rede sem fio de menor representatividade, uma WPAN tem apenas 11 canais d
isponíveis para evitar sobreposição de redes, enquanto uma WLAN tem 79. Cada um dos c
anais da WPAN representa uma largura de banda de 1MHz, mas pode ter seu alcance esten
dido com a configuração de vários canais.
E) 
Apesar de o uso da frequência ISM de um canal que opera em 2,4GHz afetar a qualidade d
e uma rede WPAN quando existe interferência com a configuração de uma rede WLAN, e
sse problema vem sendo resolvido com o uso de uma técnica de espalhamento de espectro 
denominada FHSS, encarregada de mudar constantemente o canal utilizado, evitando inter
ferências.
NA PRÁTICA
Em uma rede WPAN, um sistema denominado RFID (Radio Frequency IDentification) pode ser 
implementado, auxiliando na leitura de informações com o uso de protocolos e padrões específic
os para a transmissão de dados, como o Bluetooth, por exemplo.
Utilizar uma rede desse tipo para garantir o envio de informações e o controle de dados de forma 
segura, usando um servidor de acesso para centralizar informações, por meio de sensores, é uma 
opção de baixo custo de alimentação e processamento.
Veja, Na Prática, como essa solução pode ser aplicada em um sistema logístico, simplificando p
rocessos de coleta e controle de informações.
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professo
r:
Padrão IEEE 802.15.4 – A base para as especificações ZigBee, WirelessHart e MiWi
Este artigo introduz conceitos da norma IEEE 802.15.4 e especificações sobre os padrões ZigBe
e, WirelessHart, ISA 100.11 e MiWi, que podem ser utilizados em redes WPAN. Além disso, de
screve esses padrões e como o IEEE 802.15.4 os constitui.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar.
WPAN – rede pessoal sem fio
Este artigo descreve as tecnologias Bluetooth e HomeRF de forma breve, focando suas principai
s características, que podem ser comparadas com a forma como a WPAN é aplicada na comunic
ação de dispositivos e pequenas redes sem fio.
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Roteiro de estudo: redes PAN I
Leia um estudo sobre as redes WPAN, identificando as principais características de cada uma da
s tecnologias utilizadas por elas por meio de tutoriais práticos (Bluetooth e ZigBee) sobre suas c
onexões, arquiteturas e frequências de canais.
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