Aula4.1_RedesSemFio_RedesDeComputadores_FASA

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Sistemas de Comunicações Móveis
Professor: MSc. Rafael Antônio Gonçalves Lima
Plano de Aula
1. Introdução
2. Redes sem fio e redes móveis
3. Elementos de uma rede sem fio
4. Características de enlaces sem fio
5. IEEE 802.11
6. Métodos de acesso em comunicações móveis
7. Reuso de Frequência e Handoffs
8. Conclusão
Professor: MSc. Rafael Antônio Gonçalves Lima
Plano de Aula
1. Introdução
2. Redes sem fio e redes móveis
3. Elementos de uma rede sem fio
4. Características de enlaces sem fio
5. IEEE 802.11
6. Métodos de acesso em comunicações móveis
7. Reuso de Frequência e Handoffs
8. Conclusão
Professor: MSc. Rafael Antônio Gonçalves Lima
Introdução
• Atualmente o crescimento da comunicação sem fio
têm ocorrido rapidamente. Independentemente do
crescimento futuro de equipamentos sem fio, ficou
claro que redes sem fio e os serviços móveis
relacionados vieram para ficar. (KUROSE, 2010).
• Entre os sistemas de comunicações móveis, podemos
citar algumas tecnologias:
• LANs sem fio (Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX);
• Telefonia Celular;
• Satélites.
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Redes sem fio e redes móveis
Cenário Atual:
• Assinantes de telefonia celular ultrapassaram o
número de linhas telefônicas convencionais.
• Muitos dispositivos sem fio conectados à Internet:
laptops, smartphones, tablets, etc.
• Dois importantes desafios, porém diferentes:
• Comunicação sem fio.
• Mobilidade.
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Elementos de uma rede sem fio
Infraestrutura 
de rede
wireless hosts
 hosts sem fio
 estações base
 enlaces sem fiomean 
mobility
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Características de enlaces sem fio
Interna
10-30m
Externa
50-200m
Externa de
meia distância
200m – 4 Km
Externa de
longa distância
5Km – 20 Km
.056
.384
1
4
5-11
54
2G: IS-95, CDMA, GSM
2.5G: UMTS/WCDMA, CDMA2000
802.15
802.11b
802.11a,g
3G: UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO
4G: LTWE WIMAX
802.11a,g point-to-point
200 802.11n
D
a
ta
 r
a
te
 (
M
b
p
s
)
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Características de enlaces sem fio
• SNR (razão sinal-ruído)
• BER (taxa de erro de bits)
• Aumento de potência ->
aumento SNR -> diminui
BER
• SNR e BER podem ser
alterados como resultado
da mobilidade ou ambiente
(modulação adaptativa)
10 20 30 40
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
SNR(dB)
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
B
E
R
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Características de enlaces sem fio
Diferenças importantes em relação aos enlaces
cabeados:
• Redução da força do sinal
• Interferência de outras fontes
• Propagação multivias
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Características de enlaces sem fio
Problema do terminal oculto e do desvanecimento da
força do sinal
A
B
C
A B C
Sinal forte 
do host A
localização
Sinal forte do
host C
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IEEE 802.11 Wireless LAN
BSS 1
BSS 2
Internet
• 802.11b
• 2.4-5 Ghz
• 11 Mbps
• 802.11a
• 5-6 Ghz
• 54 Mbps
• 802.11g
• 2.4-5 Ghz
• 54 Mbps
• 802.11n
• 2.4-5 Ghz
• 200 Mbps 
BSS: Basic Service Set
ESS: Extended Service Set
Base Station = Access Point
Modo Infraestrutura
ESS
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IEEE 802.11 Wireless LAN
Canais e Associação:
• O administrador define ao AP um Identificador de
Conjunto de Serviços (Service Set Identifier – SSID)
• Também é definido um número de canal ao AP.
Exemplo: Na rede 802.11b a faixa de frequência é de
2,4 a 2,485 Ghz. Nesses 85 Mhz são definidos 11
canais sobrepostos parcialmente.
• Para um host conectar à rede deve ocorrer a
associação com um dos APs.
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IEEE 802.11 Wireless LAN
AP 2AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
2
3
1
Escaneamento passivo:
(1) Quadros de avisos são enviados
(2) Quadro de requisição de 
associação é enviado
(3) Quadro de resposta de associação 
é enviado
AP 2
AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
22
3
4
Escaneamento Ativo: 
(1) Quadro de requisição broadcast é 
enviado por H1 para sondar o meio
(2) Quadros de resposta são enviados 
(3) Quadro de requisição de associação 
é enviado
(4) Quadro de resposta de associação é 
enviado
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IEEE 802.11: Acesso Múltiplo
• Uma vez que uma estação sem fio está associada a um
AP, pode-se enviar e receber quadros de dados.
• Porém, como várias estações podem transmitir
quadros de dados ao mesmo tempo?
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IEEE 802.11: Acesso Múltiplo
• Os projetistas do 802.11 escolheram o protocolo
denominado acesso múltiplo por detecção de portadora
com prevenção de colisão (CSMA/CA – Carrier Sense
Multiple Access / Colision Avoidance)
• Cada estação sonda o canal antes de transmitir e abstém-se
de transmitir quando percebe que o canal está ocupado.
• Como não há detecção de colisão, uma vez que a estação
começa a transmitir um quadro, ela o transmite
integralmente.
• O protocolo não implementa a detecção de colisão por
duas razões importantes: Envio e Recebimento Simultâneo,
e problemas do terminal oculto e desvanecimento do sinal.
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IEEE 802.11: Acesso Múltiplo
• Os projetistas do 802.11 escolheram o protocolo
denominado acesso múltiplo por detecção de portadora
com prevenção de colisão (CSMA/CA – Carrier Sense
Multiple Access / Colision Avoidance)
• Cada estação sonda o canal antes de transmitir e abstém-se
de transmitir quando percebe que o canal está ocupado.
• Como não há detecção de colisão, uma vez que a estação
começa a transmitir um quadro, ela o transmite
integralmente.
• O protocolo não implementa a detecção de colisão por
duas razões importantes: Envio e Recebimento Simultâneo,
e problemas do terminal oculto e desvanecimento do sinal.
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Prevenção de Colisão: RTS-CTS
APA B
tempo
DATA (A)
reservation collision
bloqueio
Quadro 802.11
Internet
routerH1 R1
AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
address 1 address 2 address 3
802.11 frame
R1 MAC addr H1 MAC addr 
dest. address source address 
802.3 frame
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Métodos de Acesso em Comunicações Móveis
Canalização (partição de canal):
• Método de acesso múltiplo no qual a largura de
banda disponível em um canal é compartilhada no
tempo, na frequência ou por meio de um código,
entre diferentes estações. Esses métodos são usados
em redes celulares e outras redes sem fio.
• Exemplos:
• FDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência)
• TDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo)
• CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Código)
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Métodos de Acesso em Comunicações Móveis
Propriedades desejáveis em protocolos de acesso
múltiplo:
• Quando apenas um nó está ativo, esse nó ativo tem
uma vazão de R bps.
• Quando M nós estão ativos, então cada nó ativo tem
uma vazão de aproximadamente R/M bps.
• Exemplo: CDMA
• O CDMA difere do FDMA pois um único canal ocupa toda a
largura de banda do enlace. Ele difere do TDMA pois todas
as estações podem enviar dados simultaneamente.
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Code Division Multiple Access (CDMA)
• Todos os usuários compartilham a mesma frequência.
• Permite a coexistência de múltiplos usuários e a
transmissão simultânea com mínima interferência.
• Sinal codificado= dados originais X sequência de
código (chipping)
slot 1 slot 0
d1 = -1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
Zi,m= di
.cm
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0
channel
output
slot 1
channel
output
Canal de Saída Zi,m
sender
code
data
bits
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O Sistema de Telefonia Móvel
• Enquanto os sistemas móveis de rádio procuram
geralmente abranger uma maior área de cobertura
utilizando um único transmissor de alta potência
como uma antena no alto de um prédio, o conceito
de telefonia celular procura resolver o problema do
congestionamento do espectro e da capacidade de
usuários utilizando vários transmissores de baixa
potência, onde cada um cobre uma pequena área.
• Estratégias para controle de potência e redução da
interferência são utilizadas. Reuso de frequência,
bem como utilização de micro células e antenas
setoriais são algumas delas.
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Reuso de Frequência
C
C
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O Sistema de Telefonia Móvel
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Mobile 
Switching 
Center
Public telephone
network
Mobile 
Switching 
Center
 cobertura geográfica
 estação base (BS)
 usuários móveis 
associam à rede através 
da BS
célula
rede cabeada
MSC
 conectam as células à rede cabeada
 gerenciam as chamadas
 transferências (handoffs)
MSC: central de comutação de 
unidade móvel
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O Sistema de Telefonia Móvel
Como uma chamada de telefone celular é feita?
1. Quando o telefone celular é ligado, é feito um rastreamento no
grupo de canais de controle (FCCs) para determinar um com o
sinal mais forte e então o monitora. Ainda é feito o
rastreamento dos FCCs em busca do sinal da BS mais forte.
2. Quando a chamada é efetuada para um celular, o MSC dispara
uma requisição para todas as BS do sistema. O número de
telefone é enviado por difusão para todos os FCCs. O celular
recebe a mensagem enviada pela BS que está monitorando e
responde se identificado através do canal de controle RCC. A BS
encaminha a confirmação enviada pelo celular e informa o MSC
do estabelecimento da comunicação. O MSC instrui a BS para
mover a chamada para dois canais de voz não utilizados.
C
C
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O Sistema de Telefonia Móvel
Handoffs
Numa chamada estabelecida, o MSC ajusta a potência de
transmissão e altera o canal do celular e da BS para manter a
qualidade da chamada em movimento (que entra e sai da área
de cobertura da BS). Esse processo é chamado de handoff.
Sinais de controle especiais são aplicados aos canais de voz de
modo que a unidade móvel possa ser controlada pela BS e MSC
enquanto a chamada está em andamento.
C
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Estratégias de Handoff
• Um sinal mínimo para uma qualidade de voz aceitável está entre
-90dBm e -100dBm.
• Decisões de handoff são móvel assistidas (MAHO – Mobile
Assisted Handoff), onde cada estação móvel mede a potência
emitida pelas estações base próximas e continuamente reporta
os resultados para a estação base em que está associada.
• Um método de priorização de handoff é chamado de conceito
de guarda de canal, onde uma fração dos total de canais na
célula é reservado exclusivamente para requisições de handoffs.
• Outro método de priorização de handoff é a utilização filas de
requisições, de modo que diminua a finalização de chamadas
forçadas.
C
C
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Estratégias de Handoff
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Outra questão das transferências é a velocidade dos dispositivos
móveis ao mudar de células. Para isso utiliza-se Umbrella Cells.
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Handoffs
H1 BBS 2
BBS 1
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Referências
• FOROUZAN, Behrouz A.; MOSHARRAF, Firouz. Redes de
Computadores: Uma Abordagem Top-Down. 1 ed. Porto
Alegre: Bookman. 2013.
• KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de
Computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 5
ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil. 2010.
• RAPPAPORT, S. Theodore. Wireless Comunications:
Principles and Practice. 2 ed. New Jersey: Prentice Hall,
2002.
• TANENBAUM, Andrew S.; WETHERAL, David. Redes de
Computadores. 5 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall.
2011.
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Perguntas
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