AULA 1 - REDES SEM FIO

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Curso Redes de Computadores
Prof. Jordan Paiva
Redes Sem Fio
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Tópicos
Introdução
Sinal
Antenas
Propagação
Técnicas de Transmissão
Link Budget
MAC WLAN
PHY WLAN
MAC WMAN
PHY WMAN
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Introdução
Histórico;
Conceituação de redes de dados sem fio.
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Primeiro Rádio Móvel
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Evolução
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Evolução
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LAN
(Local)
(Pessoal)
PAN
MAN
WAN
RAN
(Metropolitana)
(Wide Area)
(Regional)
IEEE 802.11
IEEE 802.15
IEEE 802.16
IEEE 802.20
IEEE 802.22
PADRONIZAÇÃO
Wi-MAX
Mobile-Fi
???
Wi-Fi
IMPLEMENTAÇÃO
CONCEITUAÇÃO
<10m
<100m
<5km
<15km
<100km
Bluetooth
ZigBee
UWB
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WPAN
WPAN
802.15.1
802.15.3
802.15.4
Bluetooth
UWB
ZigBee
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WLAN
WLAN
802.11
WiFi
a – 54 Mbps em 5,4 GHz
b – 11 Mbps em 2,4 GHz
g – 54 Mbps em 2,4 GHz
n – 108 Mbps em 2,4 e 5,4GHz
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WMAN
WMAN
802.16
WiMAX
a – primeiro padrão fixo – 2003
d – padrão fixo consolidado – 2004
e – padrão com mobilidade – 2005
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WWAN
WWAN
802.20
Mobile-Fi
Celular
GPRS
1xRTT
EV-DO
UMTS
2,5G
3G
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WPAN
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WPAN
Wireless Personal Area Networks (WPANs):
Pequeno Alcance;
Baixa potência;
Baixo Custo;
Pequenas Redes;
Não necessariamente entre pessoas;
Aliás a maior aplicação esperada é entre máquinas e entre pessoas e máquinas, caracterizando:
P2P – Person To Person;
P2M – Person To Machine;
M2M – Machine To Machine.
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802.15.1
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Tecnologia Bluetooth
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Bluetooth
Redes formadas automaticamente;
Redes são chamadas de Piconet;
Um dos nós é mestre e os outros escravos;
Taxa máxima de 1 Mbps bruto;
Taxa líquida máxima em um sentido por volta de 700 kbps;
Forte deterioração de desempenho com a distância;
Faixa de operação 2,4 GHz.
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802.15.3
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802.15.3
Redes pessoais de altas taxas de dados;
Motivação: Necessidade de altas taxas e pequeno alcance:
100 Mpbs dentro de 10 metros;
400 Mpbs dentro de 5 meteros;
Aplicações: dados, TV de alta qualidade, Home Theater;
A proposta é chegar a 1 Gbps no futuro;
Emprega tecnologia revolucionária denominada UWB – Ultra Wide Band.
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Redes UWB
Um novo conceito em rede sem fio para banda extremamente larga, sem uso de portadora;
Definição: qualquer esquema de transmissão que ocupa uma largura de faixa maior que 25% da freqüência central ou mais de 1,5 GHz;
Várias empresas estão investindo nesta nova tecnologia;
Todos os outros sistemas são chamados de faixa estreita;
Técnica que utiliza pulsos.
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802.15.4
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802.15.4
Baixo consumo;
Baixa taxa (250 kbps);
Topologia re-configurável;
Roteamento de pacotes entre pontos da rede;
Controle de processos de qualquer tipo;
Grande mudança de paradigma de controle de processos;
Faixas de operação:
900 MHz;
2,4 GHz.
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ZigBee
Aliança que estabeleceu novo padrão de pilha de protocolo para atender exigência de baixo consumo;
Formação de redes ad-hoc com três tipos de elementos:
Elemento desequipado com baixíssimo consumo para acompanhar sensor;
Elemento roteador – que faz a conectividade da rede;
Elemento coordenador – efetivamente coordena a rede e estabelece conexão com a LAN.
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WLAN
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WLAN
Para atendimento local e principalmente em ambientes interiores;
Utiliza duas faixas de freqüência: 
2,4 GHz
5,4 GHz
Faixas não licenciadas;
Comunicação inicial M2M;
Fortes aplicações:
P2M (streaming de vídeo);
P2P (VoIP ou melhor VoWiFi ou então WVoIP).
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Padrões 802.11
2,4 GHz:
802.11 – 1 e 2 Mbps;
802.11b – 1, 2, 5,5 e 11 Mbps;
802.11g – até 54 Mbps;
5,4 GHz:
802.11a – até 54 Mbps;
802.11n – até 108 Mbps.
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WiFi
Não adianta padrão se não houver interoperabilidade;
Grupo de empresas se reuniram e criaram o selo WiFi para permitir interoperabilidade;
Permitiu uma forte penetração em função de utilizar faixas de freqüência que não necessitam de licença.
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WMAN
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WMAN
Redes metropolitanas;
Uma forte aplicação é a distribuição de Internet;
Capacidade de operar em ambiente sem visibilidade;
Altas taxas de transmissão;
Possui evolução em direção à mobilidade com baixas velocidades.
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802.16
Tecnologia para operar em ambientes sem linha de visada;
Este ambiente é denominado NLOS (No Line Of Sight);
Utiliza tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing);
Utiliza várias técnicas de otimização:
• OFDM;
• Sub-Canalização;
• Antenas direcionais;
• Diversidade; 
• Modulação adaptativa;
• Técnicas de correção de erro;
• Controle de potência. 
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WiMAX
A sigla significa – Worldwide Interoperability for Microwave Access;
Possui um fórum para certificação de produtos;
Principal vantagem é atender locais onde não exista visibilidade rádio.
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WWAN
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WWAN
Redes para cobertura de grandes áreas;
As redes celulares são classificadas como WWAN;
Permitem mobilidade em alta velocidade (acima de 60 km/h);
Bastante instável quando o terminal se desloca a altas velocidades;
Dificuldade para transmissão de dados a altas taxas.
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802.20
Sistema MBWA (Mobile Broadband Wireless Access);
Não tem compatibilidade com 802.16;
Escopo:
Especificação do controle de acesso ao meio e interface aérea; 
Operação em banda licenciada abaixo de 3.5 GHz;
Otimizada para rede TCP/IP com picos de dados por usuários de 1 Mbps;
Alta velocidade: 250 Km/h; 
Pretende superar sistemas celulares existentes em termos de taxa.
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MobileFi
Sigla para redes móveis especificada pela 802.20;
Não tem compatibilidade com as redes móveis;
Não existe equipamento disponível no mercado atualmente;
Existe conflito de interesses com 802.16e.
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Sistemas Celulares
As redes celulares foram desenvolvidas originalmente para tráfego de voz e com alta mobilidade;
Para prover comunicação de dados houve a necessidade de adaptações criando a geração 2,5G com as tecnologias:
GPRS;
1	xRTT;
A evolução das redes celulares já contemplam transmissão de dados, porém a baixas taxas de no máximo 2 Mbps, denominada 3G, com as tecnologias:
EVDO;
UMTS;
Evolução para redes com maior capacidade para transmissão de dados denominadas 3,5G:
HSDPA – High Speed Downlink Packet Access.
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WRAN
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WRAN
Redes Regionais;
Rádio inteligente;
Utilização de faixas de freqüência onde existem serviços autorizados sem provocar interferência;
Vai otimizar o uso do espectro eletromagnético.
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802.22
Grupo recentemente criado;
Vai utilizar faixas onde operam redes de televisão;
Faixa de 54 a 865 MHz (TV-VHF, FM, Serviços, TV-UHF);
Distâncias de até 40 km.
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Exercício
Classifique os sistemas quanto ao ambiente de operação.
Porque os sistemas WPAN possuem diferentes tipos de interface aérea?
Quais sistemas são apropriados para baixas velocidades?
Quais sistemas são apropriados para altas velocidades?
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Seção 1 – Experimento 1 – Redes 802.15.1
O objetivo o experimento é avaliar a taxa de transmissão de uma WPAN padrão 802.15.1
Identifique um arquivo com pelo menos 10 Mbytes.
Estabeleça a conexão entre um notebook e um microcomputador utilizando uma interface 802.15.1.
Monte uma tabela no Excel ou outra planilha onde sejam identificados três pontos em que o sistema vai operar classificando como: próximo, meia distância e distante.
Um exemplo desta tabela está na próxima transparência 
Caracterize cada ponto estimando a distância entre eles e o tipo de meio de operação (com obstáculo, com parede, com divisória, etc). Considere como longe o máximo de 10 metros, como mostrado na classificação dos sistemas. Deve ser garantida a conexão entre os elementos da rede.
Estime a distância entre os pontos de comunicação (notebook e microcomputador)
Utilizando um cronômetro e avalie o tempo de transferência do arquivo entre o notebook e o microcomputador para cada um dos três pontos identificados.
Converta o tempo para segundos e multiplique por 8 o tamanho do arquivo que está em bytes para obter o tamanho do arquivo em bits. 
Divida o número de bits transmitido pelo tempo em segundos para encontrar a taxa
Monte um histograma mostrando os resultados
Compare os resultados com os obtidos pela outras equipes
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Exemplo de planilha
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Seção 1 – Experimento 2 – UtilizaçãoIPERF
Instale o software IPERF que pode ser encontrado no site: http://dast.nlanr.net/Projects/Iperf/
Utilizando o mesmo aparato do Experimento 1 porém crie uma rede onde estarão os dois elementos garantindo que estejam na mesma rede
Utilize o software IPERF onde o servidor será o notebook e o cliente será o microcomputador (o cliente envia os dados para o servidor)
Faça um disparo de tráfego para cada ponto identificado no Experimento um com as seguintes características:
Tempo de 1 minuto 
Banda de 1 Mbps
Anotar os valores encontrados na planilha
Monte um histograma mostrando os resultados
Compare os resultados com os obtidos pela outras equipes
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Comandos básicos IPERF
Crie um sub-diretório denominado iperf na raiz C: nos dois elementos de redes (notebook e microcomputador)
Copiar o IPERF neste sub-diretório
Executar CMD para acessar o prompt do DOS e ir para o sub-diretório do IPERF (c:\cd iperf)
Primeiramente no servidor executar o comando
iperf -s -u
Este comando faz com que o servidor fique preparado para receber os dados que serão enviados pelo cliente
Disparo de tráfego através pelo cliente
iperf -c [endereço ip do servidor ] -u -b 1m -t 60
Para acessar o help do IPERF basta digitar no prompt o comando: iperf -h 
Introdução
Neste tópico é apresentada uma introdução a sistemas sem fio traçando um histórico destes sistemas. Tratar esta perspectiva histórica é importante pois permite ao aluno entender como foi a evolução do sistema entendendo os pontos chaves destes sistemas. Neste contexto é apresentada uma classificação dos sistemas, principalmente das redes sem fio padronizadas pelo IEEE 802.
Sinal
A análise de redes sem fio passa necessariamente pela análise de sinais. Este é um ponto chave onde o aluno terá condições de entender a necessidade de faixa de operação necessária para uma determinada taxa. Vai ser estabelecida também a relação com a potência necessária para atingir um certo desempenho.
Antenas
Este é um elemento chave nas redes sem fio pois permite a concentração de energia em uma certa direção, comparado com uma lanterna para energia luminosa. Entender como existe este confinamento de ondas eletromagnéticas é importante para entender o planejamento de redes sem fio.
Propagação
O grande diferencial de redes sem fio é a capacidade de comunicação utilizando ondas eletromagnéticas através do espaço. Embora exista uma liberdade em relação aos cabos existe por outro lado condições de propagação que podem ser bastante desafiadoras. Os fenômenos de propagação ditam o desempenho das redes sem fio e seu entendimento é importante para entender as variações de desempenho.
Técnicas de Transmissão
Para que seja possível a conexão entre dois elementos de rede utilizando rádio é necessária a utilização de técnicas de transmissão que permita o estabelecimento da conexão. Neste tópico serão apresentadas estas técnicas, principalmente as técnicas de modulação.
Link Budget
Com todos os elementos de conectividade apresentados o aluno terá condições de calcular o link budget, que é a determinação de todos os parâmetros para que uma conexão seja estabelecida. Este tópico permite uma síntese de todos os outros tópicos preparando o aluno para a realização de projetos de enlace rádio.
MAC WLAN
Neste tópico é apresentada especificamente a MAC (Controle de Acesso ao Meio) de redes 802.11, ou seja do WiFi. O aluno terá condições de entender como funciona uma rede WLAN e portanto com capacidade de entender quais os limites deste tipo de rede. O aluno terá condições de entender porque este tipo de rede é mais apropriada para ambientes internos.
PHY WLAN
Neste tópico são apresentadas as características da camada física onde o aluno irá entender a capacidade de variação da taxa para atender condições adversas de propagação. Este é um ponto importante onde o aluno terá condições de estabelecer os limites deste tipo de rede.
MAC WMAN
Neste tópico será apresentada a MAC das redes 802.16, ou seja do WiMAX. Este tipo de rede se apresenta como uma grande promessa para ambientes urbanos com capacidade de prover banda larga fixa e também móvel num futuro próximo. Entender como funciona esta MAC é importante para que o aluno tenha condições de avaliar em que situações este tipo de rede se aplica.
PHY WMAN
As redes 802.16 possuem características próximas das redes celulares. Neste tópico o aluno terá condições de avaliar como é possível estabelecer este tipo de rede para atender uma certa região. Serão apresentadas as características básicas para atender mobilidade.
Histórico
O desejo sempre foi a comunicação com liberdade, que só pode ser possível sem fio (enquanto a telepatia não se estabelece).
Porém, nem a telepatia seria de grande utilidade, visto que não é possível prevê-la entre um ser humano uma máquina.
Entender o histórico e o porque da dificuldade em realizar de forma eficiente uma comunicação sem fio vai dar uma base sólida para entender como os engenheiros de telecomunicações foram vencendo cada etapa desta odisséia que é a comunicação sem fio.
Conceituação de redes de dados sem fio
Antes de iniciar uma parte mais conceitual de análise de sinais, que é fundamental, é importante que se entenda como foram separadas as diversas necessidades para comunicação sem fio. Um fato curioso é que nós, seres humanos, não somos os mesmos e temos exigências diferentes dependendo do ambiente em que estamos. Assim, é interessante que os ambientes atendidos sejam bem caracterizados com exemplos que permitam uma clara visão das necessidades daquele local. Outro ponto importante é entender a “sopa” de letrinhas do mundo sem fio. Para isto é importante classificar as redes considerando três aspectos fundamentais: conceituação, padronização e implementação.
Esta foto do Bell Laboratories mostra o que foi denominado de primeira recepção móvel em 1924. Mais uma prova do interesse dos centros de pesquisa em sistemas sem fio e já com mobilidade. Antes disto, Marconi já no final do século XIX, conseguiu uma transmissão transoceânica via rádio. Isto mostra que o ser humano sempre investiu na confecção de aparatos para permitir libertada. Esta não foi uma tarefa fácil para comunicação de voz. 
http://www.bell-labs.com/history/75/gallery.html
No passado os dispositivos sem fio ocupavam muito espaço como mostrado pelas fotos. Somente no final da década de 70 foi projetado realmente um sistema para uso geral e não específico como o caso de rádio amadores que já faziam comunicação com mobilidade. Na década de 80 o sistema foi implantado em veículos influenciando inclusive todas as análises de cobertura em centros urbanos sem se preocupar com propagação no interior das edificações. Somente na década de 90 com o avanço tecnológico e a diminuição dos aparelhos foi possível falar verdadeiramente de sistema de comunicação pessoal via rádio, ou mais comum e recentemente chamado de sistema celular. Até mesmo este jargão “celular” hoje em dia não é mais preciso, uma vez que o conceito de reuso de freqüência através de hexágonos é somente para uma etapa inicial no planejamento de sistemas celulares.
Somente na década de 90 com o avanço tecnológico e a diminuição dos aparelhos foi possível falar verdadeiramente de sistema de comunicação pessoal via rádio, ou mais comumente chamado de sistema celular. Nas fotos acima está um panorama da evolução tecnológica passando de veicular para portátil através de uma maleta na parte superior, e finalmente um verdadeiro telefone celular na mão de Martin Cooper, um dos inventores do celular, como mostrado abaixo. Uma foto curiosa é a do agente 86 Maxwell Smart, de um famoso seriado de televisão já prevendo a portabilidade de um dispositivo, no caso o aparelho celular está embutido no sapato do agente. Ou seja, esta ambição efetivamente está sendo perseguida.
Vencida esta barreira da portabilidade hoje não basta apenas os serviço de voz, sendo necessário também capacidade de transmissão de dados. Esta é uma nova fronteira onde estamos atualmente. Neste curso o objetivo é mostrar esta novabarreira a ser vencida para comunicação de dados sem fio.
Individual Inventors & Mobile Phone Patents 
Dr. Martin Cooper for Motorola. US03906166 09/16/1975 Radio telephone system Inventors: Martin Cooper, Richard W. Dronsuth, ; Albert J. Mikulski, Charles N. Lynk Jr., James J. Mikulski, John F. Mitchell, Roy A. Richardson, John H. Sangster 
http://inventors.about.com/library/weekly/aa070899.htm
Este é um slide chave para entender a sopa de letras do mundo das redes de dados sem fio. Adoto aqui a classificação do grupo IEEE 802. Sem dúvida é a melhor forma de se entender e classificar as diversas redes sem fio. Ou seja, entendendo esta figura você estará seguro para enxergar as aplicações e [... Ou seja, entendendo esta figura certamente pode-se enxergar as aplicações e...] principalmente individualizar os ambientes, descobrindo assim porque tantas tecnologias diferentes são necessárias para atender os diversos meios como: pessoal, local, metropolitano, grande áreas e regional.
Observe que existem três formas de classificação:
Conceituação – onde caracterizamos as redes sem fio pelos tipos de aplicações. Esta conceituação é importante pois podemos identificar os tipos de meios em que as redes vão operar.
Padronização – onde identificamos quais os grupos de padronização dentro do IEEE 802. Esta entidade pradroniza todos os tipos de redes [sem fio] de comunicação de dados. Os únicos sistemas não contemplados são aqueles de transmissão de dados de geração 2,5G e 3G de sistemas móveis, que atendem aos critérios regionais ou da União Internacional de Telecomunições.
Implementação – onde identificamos os grupos de implementadores. Em geral são grupos de empresas que promovem a interoperação entre os sistemas.
Uma outra forma de classificar as redes de dados sem fio é quanto a aplicação, tipo de evolução e freqüência de operação.
As redes WPAN diferem fortemente quanto a forma de criação das diversas interfaces. O grande diferencial está nas aplicações absolutamente distintas para cada uma das interfaces criadas. 
802.15.1 – padronização do Bluetooth – conexão a baixas taxas para voz e conectividade de dispositivos
802.15.3 – nova interface para altíssimas taxas pretendendo chegar no futuro a 1 Gbps. Utiliza tecnologia inovadora denominada Ulta Wide Band
802.15.4 – padrão para criação de grandes redes flexíveis de monitoração e controle de processos. Sua força principal é a aliança ZigBee que definiu uma pilha de protocolo própria.
Estas redes não guardam qualquer relação uma com a outra sendo totalmente incompatíveis. Existem várias faixas de frequencia para operação do padrão sendo a principal a de 2,4 GHz.
Pela sua simplicidade este tipo de rede domina as conexões de dados em ambientes internos. Outra importante característica é utilizar uma faixa de freqüência que não necessita de licença para operação. As redes locais sem fio criam uma interface de rede (Wireless Network Interface Card) semelhante do ponto de vista de conectividade ao padrão Ethernet. No início do desenvolvimento na década de 90 esta nova interface era chamada de Wireless Ethernet.
As redes WLAN possuem uma forma evolutiva cujo objetivo maior é aumentar a taxa de transmissão e utilizar as faixas de freqüência de 2,4 GHz ou 5,4 GHz.
Na figura são apenas mencionadas as letras “a”,“ b”,“g” e “n” que são das interfaces aéreas. Outros grupos com outras letras tratam de outros temas como por exemplo o grupo “e” que trata de qualidade de serviço.
As redes WMAN possuem uma evolução para atender várias faixas de freqüência com características de propagação próprias e também para usuários fixos e usuários com baixa velocidade de locomoção. A faixa de 2 a 11 GHz tem um papel importante por propiciar comunicação sem a necessidade linha de visada utilizando tecnologias apropriadas para este fim. Principalmente as faixas de freqüência de 3,5 GHz e 5,8 GHz já foram identificadas em vários países para operação do sistema, como por exemplo no Brasil.
Este padrão tem um grande potencial de utilização para distribuição da Internet em redes sem fio.
A componente 16e, que permite mobilidade, representa uma sobreposição às redes celulares atualmente implantadas.
Esta tecnologia é tratada por alguns autores como de ruptura com atuais sistemas de distribuição de dados, principalmente para acesso à Internet.
As redes WWAN são as mais heterogêneas com várias ramificações em função da evolução dos sistemas celulares. Nesta figura o propósito é mostrar que WWAN são redes que permitem alta mobilidade no sentido de velocidade do terminal. Somente foram mostradas as redes que possuem uma interface de aérea própria para transmissão de dados.
A redes WWAN possuem uma característica de grande área de cobertura, ou seja, área interligadas como vemos nas redes celulares. O conceito é diferente daquele utilizado por redes WAN cabeadas onde se espera altas taxas de dados. No caso de redes WWAN a questão é alta mobilidade em grandes áreas. Estas serão as redes com mais baixas taxas a serem oferecidas em função do compromisso com alta mobilidade que provoca efeitos de propagação que impedem altas taxas. A rede 802.20 apresenta uma proposta bastante diferente das redes celulares tradicionais e é considerada puro IP, ou seja, totalmente aderente à pilha de protocolo TCP/IP. As redes celulares possuem redes All IP, que significa a necessidade de uma camada de adaptação para atender a pilha de protocolo TCP/IP.
As redes WWAN atendem ambientes com alta velocidade de locomoção e em várias faixas de freqüência. 
Wireless Personal Area Network. Redes de Acesso Pessoal Sem Fio – caracteriza redes de pequena cobertura. Possui três padrões com características muito distintas entre si, já citados anteriormente e explicados mais à frente.
É o único tipo de rede de dados que possui esta característica em função da diversidade de aplicações.
As redes pessoais possuem este nome pelo pequeno alcance. Porém, as principais aplicações não estão ligadas a comunicações entre pessoas. Esta tendência é cada vez maior com o desenvolvimento de dispositivos para monitoração e controle dos processos. A classificação de comunicação pessoa a pessoa neste caso não é explorada rotineiramente. A comunicação pessoa a máquina é um grande motivador para aumentar a flexibilidade de comunicação das pessoas. Porém, é na comunicação máquina a máquina que este tipo de rede tem maior potencial para crescimento. São várias as soluções que permitem comunicação entre dispositivos. Um exemplo é a monitoração de grandezas através de redes sem fio.
Padronização do Bluetooth dentro do IEEE 802. O Bluetooth foi criado pelas empresas de telefonia da Escandinávia como uma tecnologia para conectividade pessoal, como por exemplo para conexão de voz entre o aparelho celular e o ser humano. Também é utilizada para conectividade entre dispositivos formando pequenas redes.
O principal objetivo do Bluetooth era para comunicação de voz. Ou seja, não existia a princípio grande expectativa quanto a transmissão de dados. Esta era uma visão centrada nas necessidades de comunicação de voz entre o ser humano e dispositivos. São vários os produtos que atendem este tipo de aplicação criando comodidade para o ser humano ao falar no celular. Existe também uma questão de saúde com o distanciamento do dispositivo de alta potência, que é o celular, da cabeça das pessoas.
Com a padronização o escopo de aplicação para comunicação de dados também se tornou um alvo para esta tecnologia. O objetivo era a criação de piconets para interligar os mais diversos tipos de dispositivos. Porém, dada as características não muito adequada de técnica de controle de acesso ao meio e baixas taxas este tipo de aplicação está presente somente em alguns nichos bastante específico. A tendência é a utilização de outras tecnologias WPAN para suprir este tipo de demanda.
O termo Bluetooth é uma referência a um rei da Escandinávia que promoveu a união de vários povos daquela região. Da mesma forma a idéia do termo é a união de várias entidadesde vários mundos diferentes.
Esta tecnologia foi desenvolvida para conexão de aparelhos celulares com dispositivos, mas principalmente para comunicação de voz. Um exemplo claro deste fato é o celular jogado no banco e você conversando via Bluetooth sem precisar do aparelho. Mas tudo tem um preço. 
Quando uma tecnologia é desenvolvida para um certo tipo de aplicação fica difícil uma adaptação para outras aplicações. Este é um caso típico quando se tenta utilizar esta tecnologia para transmissão de dados.
A história do nome pode ser encontrada em:
http://www.cs.utk.edu/~dasgupta/bluetooth/history.htm
Estas são as características técnicas básicas das redes Bluetooth. Não existe a necessidade, na forma automática, que o usuário faça qualquer tipo de configuração a princípio. Na prática isto não é muito verdade, pois podem ser selecionadas algumas características especiais. As piconet teriam distância máxima de 10 metros. Este é um número interessante de ficar gravado como a capacidade de cobertura esperada. Porém, dependendo do ambiente este número pode mudar enormemente. Existem experiências com alcances de até 100 metros. Porém, nesse caso são utilizadas antenas. A rede é formada automaticamente com a definição de um mestre e escravos. Existem configurações de topologia interessantes com a interligações de várias redes onde em uma um dispositivo é mestre em uma rede e escravo em outra. Quanto a taxa a literatura coloca como 700 kbps como valor máximo. Porém, esta especificação precisa ser melhor detalhada pois atenderia somente um sentido da comunicação. A faixa de freqüência utilizada é a ISM (Industrial Scentifical and Medical Band) que é livre da necessidade de licença. Na banda ISM se por um lado, existe a vantagem de não necessitar de uma licença da ANATEL, por outro a questão interferência é algo a ser levando em consideração no projeto.
Redes para altas taxas principalmente para aplicações de baixo alcance para entretenimento, embora as possibilidades de uso sejam muito grande. As aplicações que exigem este tipo de característica devem ter seus dispositivos próximos entre si uma vez que esta rede possui uma pequena área de cobertura.
Rede bastante específica para aplicações onde é necessária uma alta taxa de transmissão com pequenos alcances. Utiliza um novo conceito de transmissão através de pulsos bastante estreitos se confundindo com ruído. Não possui uma faixa definida de operação e sim ocupa uma larga faixa sobrepondo vários outros serviços sem afetar o desempenho destes a princípio.
Aplicações com exigência de altas taxas como ilustrado acima. Atualmente existe uma necessidade de cabeamento para conexão de áudio e vídeo. Existem tecnologias 802.11 para conexão sem fio mas possuem uma limitação de taxa de transmissão para serviços como televisão de alta definição. A tecnologia WPAN 802.15.3 utiliza a técnica UWB (Ultra Wide Band) que permite altíssima taxa de dados. A figura mostra um home theater que naturalmente necessita interligar vários dispositivos. Uma das aplicações é para interligação de dispositivos de entretenimento. A eliminação de cabos pode trazer novas aplicações.
A tecnologia pode ser comparada com a técnica utilizada por radar que transmite pulsos bastante estreitos. Os dados modulam diretamente o pulso. Por ter uma característica de ruído não afetaria diretamente outros sistemas de comunicação. Seria como criar um sinal de baixa densidade de potência com banda muito larga que apareceria de forma imperceptível para outros sistemas. Na utilização desta tecnologia existe uma preocupação com a possibilidade de interferência.
Na técnica para gerar o UWB baseada em impulso, os dados modulam diretamente um impulso, gerando um sinal modulado com alta banda ocupada.
Redes WPAN utilizada para formação de redes de monitoração e controle de processos. Tem como objetivo portanto as aplicações M2M. As aplicações para este tipo de rede são infinitas verdadeiramente pois o conceito é de estações rádio com baixíssimo consumo de bateria que podem operar por um longo tempo sem substituir a bateria. Formam uma malha de elementos denominada rede ad-hoc onde os diversos elementos se conectam entre si.
Estas redes possuem a característica de atingir grandes áreas e com flexibilidade de topologia. Sua principal finalidade seria para monitoração e controle de processos. Um dos melhores exemplos é imaginar uma planta industrial com vários dispositivos que devem ser monitorados e controlados que utilizam atualmente redes cabeadas. Em função da dificuldade de cabear este locais a proposta é criar uma rede sem fio onde os pontos se conectam entre si formando uma grande malha de comunicação. A taxa de 250 kbps é bastante interessante para este tipo de aplicação que em geral necessita de baixas taxas em função dos processos a serem controlados ou monitorados. Um exemplo interessante seria um navio que possuir vários processos distribuídos na embarcação que faria uso deste tipo de rede.
O padrão 802.15.4 faz a padronização somente das camadas física e de controle de acesso ao meio. Para as camadas superiores é necessária a definição dos papeis. Um destes papeis sem dúvida é a própria pilha de protocolo TCP/IP, como não podia deixar de ser. Porém, em função de aplicações onde os dispositivos devem ter baixíssimo consumo de potência e funções bastante simples. Neste caso é interessante definir camadas diferentes daquelas definidas pela pilha TCP/IP. Este termo ZigBee é uma aliança de empresas que se juntaram e definiram uma outra pilha de protocolo além da pilha TCP/IP que seria otimizada para aplicações de monitoração e controle de processos.
Wireless Local Area Network. Rede para atender ambientes internos com altas taxas de dados e baixa velocidade de locomoção, sendo adequada para pessoas caminhando. Usa técnica de acesso semelhante a utilizada pela Ethernet e se beneficia de utilizar faixa de freqüência que não necessita de licença de operação. Foi fortemente impulsionada pela indústria de computadores para permitir conexão sem fio entre os dispositivos. Atualmente existem inúmeras aplicações que utilizam rede locais sem fio.
A principal finalidade deste tipo de rede de dados sem fio é prover uma cobertura de ambientes internos e permitir mobilidade dos dispositivos a baixíssima velocidade, sendo aplicável somente para usuários do tipo pedestre se deslocando em ambiente indoor com dispositivo portátil como por exemplo PDA (Personal Digital Assistent). Este tipo de rede teve uma penetração muito grande e rápida em função de utilizar faixas de freqüência que não necessitam de autorização do órgão regulador para sua operação. Estas faixas são identificadas no espectro como ISM (Industrial Scientic and Medical) e a princípio seriam para experimentos e equipamentos, que poderiam gerar espúrio nestas faixas. Entretanto sua predominante aplicação é em sistemas de comunicação.
Uma das grandes áreas de atuação será para prover comunicação de voz denominada de VoIP ou WVoIP.
Padrões atualmente existentes e faixas estão apresentados acima. Evolução no sentido de prover taxas cada vez maiores para uma interface de rede sem fio semelhante a uma interface de rede Ethernet. Observa-se uma fortíssima implementação deste tipo de interface em vários tipos de dispositivos como: PDA, telefone sem fio, sistema de som, conversão serial WiFi, etc. As aplicações concorrem entre si para obtenção do canal fazendo com que esta rede apresente, na sua forma original, uma forte perturbação quando usuários com taxas diferentes acessam o mesmo ponto de acesso. Outra característica é manter a compatibilidade com os sistemas antigos, o que trás eventualmente problema de desempenho. Por exemplo, redes com interface de rede sem fio 802.11g operando com 802.11b não podem obter taxas tão altas quanto aquelas taxas obtidas com redes que possuem somente interfaces de rede 11g.
Esta sigla significa Wireless Fidelity e tem o sentido de criar uma comunidade de fabricantes na qual os dispositivos podem operar uns com os outros. Nasprimeiras implementações de redes 802.11 todos os elementos da rede deveriam ser do mesmo fabricante. O fórum WiFi permitiu criar um ambiente com múltiplos fabricantes permitindo a criação de um mercado de massa que fez com que o custo dos dispositivos ficassem bastante baixos. A grande penetração se deu em função da não necessidade de licença para operar os sistema uma vez que utiliza faixa de freqüência em que não necessita autorização do órgão regulador, no caso do Brasil a ANATEL.
Wireless Metropolitan Area Network. Redes para cobertura de regiões metropolitanas. Principal finalidade seria acesso banda larga à Internet. Outras redes sem fio de dados foram utilizadas para conectividade em regiões metropolitanas como por exemplo WLAN e WWAN. Porém, em função da peculiaridades das regiões metropolitanas como baixa velocidade de locomoção e usuários espalhados em uma certa área, o conceito de redes metropolitanas se impôs como um tipo de rede com características próprias. Vários analistas a consideram uma rede de dados sem fio que vai promover um ruptura com a forma como vinha sendo atendidas as regiões metropolitanas.
A redes WMAN foram concebidas para atender regiões metropolitanas das cidades. Possui uma vertente para atendimento fixo e outra para atendimento móvel com baixa velocidade.
O grupo que padroniza as redes metropolitanas é o IEEE 802.16.
A técnica de multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM) permite operar em condições de NLOS pois não é afetado pelas atenuações seletivas em freqüência promovidas pelos múltiplos percursos. Esta técnica de multiplexação torna eficiente o uso do espectro possibilitando ainda a minimização do problema de múltiplos percursos que deixa o canal seletivo em freqüência. Os dados são distribuídos em várias portadoras como se houvesse uma conversão série para paralelo. Ou seja, se a taxa de chegada for R bits por segundo e forem utilizadas 10 portadoras cada uma deveria suportar R/10 bits por segundo. Cada uma das portadoras moduladas ocupariam um décimo da faixa total.
O WiMAX é uma sigla utilizada para identificar equipamentos que vão interoperar criando um ambiente com vários fabricantes para atingir mercado de massa. Um equipamento para ser WiMAX deve ser submetido a um fórum que verifica se o aparelho atende as características do padrão e assim certifica o equipamento.
Wireless Widearea Access Network. Redes para grandes coberturas. As redes celulares atuais são classificadas como de grande cobertura além de permitir mobilidade em altas velocidades (acima de 60 km).
Redes com proposta de permitir alta mobilidade do terminal com altas velocidades (250 k/h). A velocidade do terminal faz com que existam fenômenos de propagação que dificultam muito a transmissão a altas taxas. A tecnologia tem dificuldade para competir com tecnologias que foram projetadas para trabalhar em ambientes internos, como por exemplo redes WLAN padrão 802.11 ou mesmo com tecnologias que permitem mobilidade a baixas velocidades (abaixo de 60 km/h).
O padrão 802.20 possui especificações diferentes daquelas utilizadas pelos sistemas celulares. Os sistemas celulares evoluíram com um forte compromisso para prover comunicação de voz. Isto criou limitações de taxa e performance. A proposta da 802.20 é apresentar uma nova interface aérea que permita altas taxas com altas velocidades. Por definição é uma rede puro IP, isto é 802. As redes celulares são consideradas All IP, que significa a necessidade de camada de adaptação para serem compatíveis com redes puro IP.
A denominação MobileFi está sendo utilizada para identificar a implementação do padrão 802.20. Seu propósito é voltado principalmente para aplicações com dispositivos em alta mobilidade e utiliza OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple Access). Também pode ser utilizado para acesso fixo. Pretende utilizar faixas de freqüência abaixo de 3 GHz. 
A empresa que estava mais a frente no desenvolvimento de equipamentos Mobile-Fi, se chamava Flarion, e foi adquirida pela Qualcomm empresa que desenvolve sistemas celulares. A Qualcomm introduziu a técnica CDMA em telefonia celular.
Os sistemas celulares nasceram para permitir a comunicação de voz. Toda a estrutura das redes evoluíram das redes telefônicas tradicionais. Outra herança das redes celulares é permitir a comunicação com alta mobilidade. Na década de 80 os sistemas celulares instalados atendiam veículos, sendo portanto uma tecnologia para ser instalada em automóveis. A evolução para redes de dados foi possível através de várias adaptações gerando redes de comunicação por pacotes com um gargalo forte na interface aérea. Esta limitação fez com que outras tecnologias fossem mais vantajosas para tráfego de dados em ambiente interno, como por exemplo as WLAN. Embora a grande necessidade seja trafego de dados, neste momento não existe uma forma rápida de adaptação desta tecnologia para atender serviços que necessitem de altas taxas de dados, uma vez que deve existir compatibilidade com os atuais sistemas implantados.
Nova proposta de rede para utilizar faixa de freqüência já alocadas para outros serviços licenciados. Principalmente objetiva utilizar o espectro de televisão tanto VHF quanto UHF.
Este tipo de rede tem por objetivo otimizar o uso do espectro eletromagnético. Criação de tecnologia rádio inteligente que consegue detectar se a faixa está ou não sendo utilizada antes de colocar o sistema para operar sem causar interferência. Ou seja, a comunicação somente se estabelece quando a operação do sistema não provocar interferência em sistemas autorizados. Também conhecido como Rádio Cognitivo, pela capacidade de avaliar se o espectro está em uso na região.
Existe atualmente uma grande ociosidade na utilização do espectro eletromagnético principalmente na faixa onde existe a reserva de uso para transmissão de TV. Esta é uma herança do passado onde foi alocado espectro para transmissão de TV que era na época somente possível via rádio. Atualmente existem outras formas de transmissão de TV, como por exemplo por cabo e via satélite. Outra mudança forte é o desenvolvimento de TV-Digital, que tem como grande vantagem colocar 4 canais digitais na mesma faixa onde existira um canal analógico. Assim, o espectro vem se tornando ocioso na faixa de 54 a 865 MHz (denominadas as faixas de TV em VHF e UHF, de rádio FM e de vários outros serviços de comunicação). Existe uma séria dificuldade de retirar os canais de TV simplesmente para a implantação de outros serviços em função de concessões já terem sido fornecidas para operação dos serviços. Este grupo de trabalho pretende chegar a uma tecnologia que opere em faixas alocadas para TV, mas que não estejam sendo utilizadas. Os rádios devem ser inteligentes pois devem avaliar se a comunicação numa certa freqüência não vai causar interferência em um serviço já estabelecido para aquela região.
Mais informações:
http://standards.ieee.org/announcements/pr_80222.html