Redes Sem Fio: Evolução e Aplicações

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REDES SEM FIO
Introdução
Prof. Ulisses Cotta Cavalca
Belo Horizonte/MG
2015
 
SUMÁRIO
1) Primórdios
2) Comunicação sem fio
3) Evolução
4) Comunicação móvel e wireless?
5) Redes sem fios
6) Outra aplicações
7) História WLAN
8) Organização de normalização
9) Ondas eletromagnéticas
10) Espectro magnético
 
1. PRIMÓRDIOS
● Desde os tempos mais remotos, o homem anseia 
comunicar-se à longa distância.
 
1. PRIMÓRDIOS
● Problemas com os “sinais de fumaça”:
● Número de mensagens diferentes que podem ser 
enviadas é bastante limitado;
● Mensagens arbitrárias poderiam ser enviadas.
Não adianta! 
O sinal está muito fraco.
 
1. PRIMÓRDIOS
● Telégrafo ótico:
 
1. PRIMÓRDIOS
● Havia uma rede considerável transmissão de 
mensagens na Europa (Museum für Kommunikation 
em Frankfurt am Main).
 
2. COMUNICAÇÃO SEM FIO
● Tudo começou no ano de 1863 
quando, em Cambridge - 
Inglaterra, James Clerck 
Maxwell demonstrou 
teoricamente a provável 
existência das ondas 
eletromagnéticas.
● Na verdade, a correlação entre 
ondas elétricas com campo 
magnético.
 
2. COMUNICAÇÃO SEM FIO
● Guglielmo Marconi foi um físico italiano, inventor do 
primeiro sistema prático de telegrafia sem fios, em 
1896.
 
2. COMUNICAÇÃO SEM FIO
● Alexander Popov, físico russo, inseriu o elemento 
“antena” na transmissão de ondas eletromagnéticas.
 
2. COMUNICAÇÃO SEM FIO
● O norte americano Lee De 
Forest, com o uso de 
válvulas, realizou 
transmissões de ondas em 
sinais contínuos.
● Isso possibilitou a 
comunicação da voz 
humana.
 
2. COMUNICAÇÃO SEM FIO
Padre Landell de Moura
● Foi pioneiro na transmissão da voz 
humana sem fio antes mesmo que 
outros inventores tivessem transmitido 
sinais de telegrafia por rádio.
● Em 1894, realizou a primeira 
transmissão por meio de ondas 
eletromagnéticas, estabelecendo um 
link entre o alto da Avenida Paulista e 
o alto de Sant'Anna, em São Paulo, 
cobrindo uma distância de oito 
quilômetros.
● Entre 1903 e 1904, Landell de Moura 
conseguiu, nos Estados Unidos, a 
patente do 1º telefone sem fio.
 
3. EVOLUÇÃO
● 1928: 1 Telefone para cada 100 pessoas nos EUA
● 2010: 185 Milhões de usuários só no Brasil (uma 
densidade de 95,92 cel/100 habitantes !!)
 
3. EVOLUÇÃO
● As redes sem fio e a computação móvel vem se tornando 
o novo paradigma da computação e da comunicação de 
dados
 
3. EVOLUÇÃO
● Hoje:
● Redes convergentes!
● Cloud computing!
● Next Generation
Network.
 
4. COMUNICAÇÃO MÓVEL E WIRELESS??
● Comunicação Sem Fio (wireless) significa 
necessariamente computação móvel?
Comunicação 
sem fio
(wireless)
Comunicação 
com fio
(wired)
Sem Mobilidade Com Mobilidade
Em uma viagem, o 
usuário conecta seu 
notebook na rede local 
do hotel
Computadores e 
impressoras de grande 
porte em uma rede Local 
Sem fio
Rede Tradicional. PCs 
em uma rede cabeada
Computação Móvel
 
4. COMUNICAÇÃO MÓVEL E WIRELESS??
COMPUTAÇÃO MÓVEL
● A utilização de dispositivos portáteis como laptops, notebooks ou 
PDA se comunicando com a parte fixa da rede, ou 
possivelmente, com outros computadores móveis, sem a 
necessidade de ter uma posição fixa recebem o nome de 
computação móvel, computação nômade ou computação ubíqua.
COMUNICAÇÃO SEM FIO
● A comunicação sem fio trata da comunicação através de ondas 
eletromagnéticas. 
● As conhecidas emissões via rádio AM e FM, as comunicações 
navais e a própria televisão são alguns exemplos. Ela é 
considerada o suporte para a computação móvel.
 
5. REDES SEM FIO
● Uma rede sem fio, é portanto aquela capaz de conectar 
diferentes dispositivos de comunicação de dados, sem a 
utilização de cabos, através da comunicação por ondas 
eletromagnéticas.
 
5. REDES SEM FIO
ProcessamentoProcessamento
++
MobilidadeMobilidade
++
Comunicação sem fioComunicação sem fio
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Mobilidade: Os dispositivos podem se movimentar 
dentro da área de cobertura da rede. 
Os caminhões de minério da 
Vale do Rio Doce transmitem 
informações de telemetria online 
para um servidor de rede, onde é 
feita monitoração do seu 
funcionamento, carga, quantidade 
de minério transportada, etc
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Mobilidade:
Empilhadeiras que colocam e 
retiram produtos dos galpões, 
transmitindo informações on line 
para um servidor que controla o 
estoque
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Escalabilidade e flexibilidade:
– Uma vez instalador o rádio, este não necessita de 
modificações para inclusão de novos usuários
– É possível adicionar novos pontos na rede 
facilmente, bastando configurar o dispositivo ativo de 
hardware na máquina que se pretende adicionar a 
rede. 
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Praticidade:
– Não é necessária a passagem de cabos.
– Não há que se preocupar com realização de obras, 
preparação e instalação de infra estrutura de cabos 
para adicionar novos pontos na rede.
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Conectividades em locais de
difícil acesso:
– Quando é necessário atravessar rios, pontes 
rodovias, patrimônios históricos, situações que 
aumentam a complexidade da passagem de um 
cabo 
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Contingência:
– Redundância entre links, de maneira que seja 
provida a continuidade de serviços de uma 
instituição.
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Menor tempo de parada:
– Como não existem trechos cabeados, os problemas 
de interrupção da rede estão concentrados apenas 
nos ativos. 
– Logo, não há que se preocupar com os meios de 
transmissão e em caso de falha ou queima de uma 
placa por exemplo, basta providenciar a sua 
substituição. 
– Não há a necessidade de identificação do ponto no 
rack/painel, passagem de cabos ou qualquer outra 
ação relacionada ao cabeamento
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Menor custo:
– Links privados de rádio, podem ser criados para 
interligar duas redes locais de uma empresa em 
ambientes distintos, sem a necessidade de 
contratação de serviços de rede de uma operadora 
de Telecom com: 
● Manutenção própria
● Menor custo de implementação
● Maior retorno sobre o investimento em menor 
prazo.
 
5. REDES SEM FIO
● MOTIVAÇÃO:
● Menor custo:
– Os custos de placas e equipamentos wireless vem 
caindo significativamente nos últimos anos.
– Redes cabeadas demandam custos e investimentos 
em infra estrutura que não são necessários nas 
redes sem fio.
 
5. REDES SEM FIO
● DESVANTAGENS
● Na computação móvel:
– O consumo de energia deve ser baixo;
– Os sistemas operacionais dos dispositivos devem 
estar preparados para operar com recursos de 
memória e processamento limitados. (Celulares, 
Palms, etc);
– Bancos de dados devem considerar novos 
mecanismos de sincronização e integridade dos 
dados;
– A engenharia de software deve propor novos 
recursos e interfaces para os dispositivos.
 
5. REDES SEM FIO
● DESVANTAGENS
● Segurança:
– Movimentação de usuários dentro da área de 
cobertura;
– Em redes cabeadas é feito o levantamento de IPs e 
Mac Address de cada cliente da rede. (E em redes 
sem fio??)
– Nas redes cabeadas o perímetro de acesso está 
limitado pelo alcance dos cabos e pelas ativações 
dos pontos nos paineis de conexão.
 
5. REDES SEM FIO
● DESVANTAGENS
● Segurança:
– Área de cobertura:
“Área 
Vulnerável”
Situação ideal Situação Prática
 
5. REDES SEM FIO
● DESVANTAGENS
● Confiabilidade:
– O sinal de rádio está sujeito a interferências, 
inclusive aquelas provocadas intencionalmente com 
o objetivo de paralisar a comunicação e a rede. Ex: 
forno de microondas, telefones sem fio.
– O sinal de rádio sofre perdas quando se depara com 
obstruções físicas. 
– Espelhos d´agua, árvores, paredes, maços de papel, 
etc são significativas fontes de atenuação e 
dispersão do sinal de rádio
 
5. REDES SEM FIO
● DESVANTAGENS
● Alcance:
– O sinal de rádio tem alcance limitado e condicionado 
as característicasdo ambiente, de tal forma que nem 
sempre pode ser utilizado. 
– Em outras palavras, a área de cobertura de uma 
rede sem fio possui limites.
 
5. REDES SEM FIO
● DESVANTAGENS
● Qualidade de Serviço (QoS):
– Banda passante estreita
– Considerável taxa de erro
● Restrição do uso de frequências
– Regulamentação governamental
● Riscos à saúde
 
6. OUTRAS APLICAÇÕES
● Carrinho de supermercado:
Um carrinho de supermercado 
“inteligente” está destinado a se 
transformar na última arma da luta 
contra a obesidade. Especialistas em 
tecnologia criaram um carrinho que 
alertará o cliente do supermercado 
assim que for colocado nele algum 
produto rico em gordura, açúcar ou 
sal.
Além disso, fará a soma dos preços, a 
cada novo item incluído no carrinho
 
6. OUTRAS APLICAÇÕES
● Hospitais:
 
6. OUTRAS APLICAÇÕES
● Universidades:
 
6. OUTRAS APLICAÇÕES
● Estruturas temporárias:
 
6. OUTRAS APLICAÇÕES
● Pedágio:
 
7. HISTÓRIA WLAN
● Espalhamento de frequência (Spread Spectrum).
● Primeira implementação e patente durante a Segunda 
Guerra Mundial;
● Implementação em escala geral apenas há duas 
décadas atrás.
● Década de 70, projeto ALOHA
● Pode-se dizer que a Universidade do Hawaii 
implementou a primeira rede wireless.
● Operação de transmissão de dados na faixa de 400MHz.
● Contribuição no controle de acesso ao meio (CSMA/CD 
e CSMA/CA).
 
7. HISTÓRIA WLAN
● 1990 inicia-se comercialização de primeiros produtos 
sem fio, na faixa de 900MHz.
● 1991 IEEE inicia esforços para padronização e 
certificação do protocolo 802.11.
● 1999 comunicação na faixa de 11Mbps, em aplicações 
domésticas e em escritórios (padrão 802.11).
● Após certa resistência que pequenas e médias 
empresas adotaram soluções wireless em âmbito 
corporativo.
 
7. HISTÓRIA WLAN
● E WiFi?
● Resume-se em um termo comercial, aplicado em 
marketing.
● Inicialmente, a iniciativa consistia na WECA (Wireless 
Ethernet Compability Alliance), que tinha como 
proposta fortalecer interoperabilidade entre padrão 
802.11 recentemente ratificado pela IEEE.
● A ideia deu certo que tornou-se Wireless Fidelity 
(WiFi);
● Fabricante que participam dessa “comunidade” 
devem ter seus produtos avaliados na WiFi Alliance 
Labs, para obter certificação.
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
FEDERAL COMUNICATION COMMISION (FCC)
● Padrões de comunicação nos Estados Unidos, desde 
1934.
● Regula comunicação de radio, TV, satélite, e outras 
conexões cabeadas. 
● Regulamentação compreende em teste nas áreas:
– Frequência
– Largura de banda
– Máxima potência de irradiação intencional (IR)
– Equivalent isotropically radiated power (EIRP)
– Uso (indoor ou outdoor)
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
INTERNATION TELECOMMUNICATION UNION 
RADIOCOMMUNICATOR SECTOR (ITU-R)
● Hierarquia global responsável pelo gerenciamento do especto de 
frequência mundial.
● Domínios:
● Região A: América do Norte e Sul (Inter-American 
Telecommunication Commision – CITEL);
● Região B: Oeste Europeu (Eupean Conference of Postal 
Telecommunication Administrations – CEPT);
● Região C: Leste Europeu e Noroeste da Ásia (Region 
Commonwealth in the fiel of Communication – RCC);
● Região D: Africa (Africa Telecommunication Union – ATU);
● Região E: Ásia e Austrália (Asia-Pacific Telecommunity - APT).
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
INSTITUTE OF ELETRICAL AND ELETRONICS ENGINEERS 
(IEEE)
● Sociedade mundial de profissionais da área, com o objetivo 
de “promover inovação e excelência tecnológica em 
benefício da Humanidade”.
● Projeto IEEE é subdivididos em grupo para tratar problemas 
específicos
● 802.3: Ethernet
● 802.6: Metropolitan Area Network
● 802.11: Wireless Local Area Network (WLAN)
● Na prática, destina-se a documentar procedimentos técnicos, 
além de descrição do funcionamento de equipamentos
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
WI-FI
● Associação entre fabricantes para promover a interoperabilidade de 
produtos.
● Certificação:
● Padrões IEEE: quais normalizações da IEEE que o equipamento 
opera (802.11a/b/g/n, dentre outros)
● Segurança: Protocolos de segurança são suportados (TKIP, WEP, 
EAP, etc.)
● Multimidia: Questões relacionada à Qualidade de Serviço (QoS, 
padrão 802.11e) [WMM], assim como gerenciamento de energia 
[WMM-PS]
● Configurações especiais (speacial features)
● Convergência: Operação com outras tecnologias e meios de 
acesso, por exemplo, telefonia.
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR 
STANDARDIZATION (ISO)
● Organização mundial, não governamental, responsável 
pela normalização de padrões abertos de comunicação 
(Open Systems Interconnection - OSI).
● Acrônimos do grego “isos”, que significa “igual”.
● Padrão de maior importância para o nosso contexto 
será o modelo OSI-ISO de camada de redes.
● Afinal, qual modelo de redes é o mais aceito:
● OSI-ISO??
● TCP/IP??
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
 
8. ORGANIZAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO
INTERNET ENGINEERING TASK FORCE (IETF)
● Organização mundial, não governamental, dedicada no 
estudo, evolução e “manutenção” de padrões da 
internet.
● Composta por pesquisadores, fabricantes, e até mesmo 
usuários.
● Descrevem as chamadas Request For Comments 
(RFCs)
● Alguém já leu uma RFC?
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● O que é frequência?
● Grandeza física que indica o número de ocorrência 
de um evento em uma dada unidade de tempo.
● Exemplo de unidades: Hz (Hertz), rpm (rotações 
por minuto)
● O que é período?
● Tempo necessário para que um evento venha a 
acontecer por completo.
● Unidade no sistema internacional: segundos
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● O que são ondas eletromagnéticas?
● São oscilações de campos elétricos e magnéticos, 
perpendiculares entre si.
● Movimento das cargas elétricas (resultado de 
correntes elétricas), resulta no campo magnético.
● Variação do fluxo magnético resulta em campo 
elétrico.
● Existência prevista por James C. Maxwell.
● Confirmação experimental por Heinrich Hertz.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Fenômenos eletromagnéticos:
i. Uma corrente elétrica, passando por um condutor, 
produz um campo magnético ao redor deste;
ii. Um condutor, percorrido por corrente elétrica, colocado 
em um campo magnético, fica sujeito a uma força;
iii.Suponhamos um condutor fechado, colocado em um 
campo magnético; a superfície determinada pelo 
condutor é atravessada por um fluxo magnético; se, 
por uma causa qualquer esse fluxo variar, aparecerá 
no condutor uma corrente elétrica (indução 
eletromagnética).
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Seja uma corrente contínua.
● Com base no 1º fenômeno eletromagnético, a 
corrente elétrica contínua I irá gerar um campo 
magnético H.
● Ao encostar uma bobina à uma bússola, percebe-
se a ação de uma força (2º fenômeno 
eletromagnético);
● Esse mecanismos fundamenta o princípio de 
funcionamento de um relé (relay);
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Campos estáticos não são irradiantes, 
portanto não se propagam.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Seja uma corrente alternada (variantes no 
tempo, intensidade e polaridade)
I(t) = Imax sen 2πft
● Irá surgir um campo magnético H também 
variante ao tempo, intensidade e polaridade.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Conforme já previsto por Maxwell, um campo 
magnético H gera um campo elétrico E, que 
gera um novo campo magnético H, e assim 
sucessivamente.
Onda irradiante, logo se propaga.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Portanto, no espaço tridimensional:
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Componentes:
● Comprimento de onda;
● Frequência (Período);
● Amplitude;
● Fase.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Comprimento de onda:
● Distância entre duas sucessivas cristas ou dois 
sucessivos vales;
● Diz respeito ao alcance de muitos equipamentos 
com transmissão sem fio;
● Exemplos:
– Transmissão WLAN em 2,4GHz e 5GHz;
– Transmissãode rádio AM e FM.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Comprimento de onda:
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Frequência: Número de vezes que um evento 
específico se repete em um dado intervalo de 
tempo.
● 1 hertz (Hz) = 1 ciclo por segundo
● 1 kilohertz (KHz) = 1000 ciclos por segundo
● 1 megahertz (Mhz) = 1 milhão de ciclos por 
segundo
● 1 gigahertz (Ghz) = 1 bilhão de ciclos por segundo
● Quantas oscilações por segundo (Hz) placas 
WLAN (2,4GHz) operam?
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Amplitude: Definido como o deslocamento 
máximo de uma onda contínua.
● Também está relacionada com a força de um sinal.
● Toda transmissão sofre algum tipo de atenuação. 
Teoricamente, propagação de ondas 
eletromagnéticas no vácuo não sofrem nenhum 
efeito.
● No contexto de WLAN, comumente são referidos:
● Amplitude de transmissão;
● Amplitude de recepção.
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Fase de uma onda não correspondente 
exatamente à um comportamento, e sim uma 
definição no estudo de ondulatória.
● Estabelece, de um modo geral, relação entre 
posição de pico e vale de duas ondas
● Pode ser medido em distância, tempo ou graus.
● Se o pico de dois sinais estão alinhados, no mesmo 
instante de tempo, dizemos que a onda está na fase 
(in phase).
● Caso contrário, a onda está fora da fase (out phase).
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Fase de uma onda:
 
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Potências:
(Revisão)
 
● Velocidade e comprimento de onda
 f =c
 :comprimento de onda
f : frequência
c : velocidade de propagação
c=
1
00 0 : permeabilidade
0 : permissividade
● James Maxwell demonstrou que a velocidade 
de propagação de uma onda magnética é 
próxima à velocidade da luz no vácuo.
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
 
● Velocidade e comprimento de onda
 =
c
f
=
3.108m / s
f
=
300.000 Km / s
f
● Exemplo:
para f =20Hz ; =
c
f
=
300.000 Km / s
20Hz
= 15.000 Km
● E para: 1KHz, 20KHz, 2MHz, 2GHz, 5GHz ???
● Qual conclusão podemos obter?
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
 
● Sobre os valores de frequência:
MAIOR Frequência
• Menor comprimento de 
onda (menores antenas);
• Maior penetração do 
sinal;
• Mais difícil contornar 
obstáculos;
• Menor alcance.
MENOR Frequência
• Maior comprimento de 
onda (maiores antenas);
• Menor penetração do 
sinal;
• Mais fácil contornar 
obstáculos;
• Maior alcance.
9. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
 
10. ESPECTRO MAGNÉTICO
 
10. ESPECTRO MAGNÉTICO
 
10. ESPECTRO MAGNÉTICO
 
Referências:
● LIMA, Marlon Paolo. Redes Sem fio. Material de aula. 
Faculdade Pitágoras, 2010.
● KUROSE, James F; ROSS, Keith W.: Redes de 
computadores e a internet: uma abordagem top-down. 5ª 
edição. São Paulo: Addison Wesley, 2010.
● MORAES, A. F. Redes sem fio: Instalação, 
Configuração e Segurança - Fundamentos. 1 ed. 
São Paulo: Érica, 2010.
● RUFINO, N. M. O. Segurança em redes sem fio. 2 
ed. São Paulo: Novatec, 2007.
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