Redes Weireless

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Tecnologias para Wireles LAN
(IEEE 802.11)
Aula 04
Padrão 802.11
Prof. Esp. Diovani MIlhorim
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Padrões IEEE para Wireless
Rádio-freqüência: 
Normatizados pelo IEEE, nos grupos do comitê 802, especificamente:
802.11 – Normatiza a comunicação em rede local sem fio WLAN.
802.15 – Redes locais pessoais WPAN e sua interoperabilidade com WLAN
802.16 – Redes metropolitanas de acesso sem fio WMAN
802.20 – Redes de acesso sem fio com usuários móveis - proposta
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Wireless LAN
WLAN (WiFi): Família 802.11x: 
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Outros padrões IEEE 802.11x
802.11e – Características de QoS no nível MAC, melhor gerenciamento de banda e correção de erro
802.11f – IAPP – Inter-Access Point Protocol
802.11h – Espectro de freqüência e potência de transmissão em 5Ghz na Europa
802.11i – Melhorias na segurança – inclusão do AES (Advanced Encryption Standard)
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Padrões IEEE 802.11x
Define duas formas de organizar redes WLAN:
Ad-hoc: 
Apenas computadores computadores isolados que formam uma rede Workgroup.
Infra-estrutura:
Computadores e um Access Point que permite a integração desses computadores com uma rede fixa.
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Ad-Hoc
Ad-hoc:
Sem estrutura pré-definida.
Cada computador é capaz de se comunicar com qualquer outro.
Pode ser implementado através de técnicas de broadcast ou mestre escravo.
Também chamado de IBSS: Independent Basic Service Set
AD-HOC
Rede wireless isolada
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Infra-estrutura
Infra-estrutura:
Os computadores se conectam a um elemento de rede central denominado access point.
Uma WLAN pode ter vários access points conectados entre si através de uma rede física.
Funciona de maneira similar as redes celulares.
INFRA-ESTRUTURA
Linha Física
Ponto de acesso
Rede wireless integrada a uma rede física
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Rede WLAN com Access Point
ESS: (Extended Service Set) 
Conjunto de BSS com áreas de cobertura sobrepostas.
Toda comunicação é feita através do Acces Point
A função do access point é formar uma ponte entre a rede wireless e a rede física.
Esta comunicação de WLAN é chamada de infra-estrutura.
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IEEE 802.11 e Modelo OSI
O padrão WLAN pertence a família IEEE 802.x.
Como os demais membros dessa família, a WLAN define o funcionamento da camada física e da subcamada MAC.
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Camada Física (IEEE 802.11)
A camada Física é responsável pela transmissão dos dados. 
Duas técnicas são possíveis:
Transmissão por RF:
Utiliza a faixa de freqüência entre 2.4 - 2.4835 GHz 
O sinal pode ser interceptado por receptores colocados fora do prédio.
Transmissão por pulsos de Infra-Vermelho
Utiliza faixas de 300 - 428,000 GHz 
Mais seguro, mas é afetado pela luz do sol e por obstáculos.
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Transmissão por RF
A transmissão por RF utiliza uma faixa que é reservada no mundo inteiro:
Faixa reservada para aplicações industriais, médicas e de pesquisa.
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Modulação IEEE 802.11
Banda Passante Disponível (2,4GHz):
Aproximadamente 80 MHz
Dois modos de modulação são especificados:
DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
FHSS: Frequency Hoped Spread Spectrum
Na especificação 802.11 dois modos de modulação podem ser utilizados FHSS ou DSSS. 
Para a especificação 802.11b somente o modo DSSS é utilizado.
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CHIPPING ...
Técnica para tornar o sinal mais robusto em relação ao ruído.
Cada bit é representado por um símbolo (CHIP), contendo vários bits.
A redundância do sinal permite verificar e compensar erros.
A redundância permite distribuir melhor o espectro de potência do sinal.
Seqüência de bits de dados
Seqüência de Símbolos
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Técnicas de Modulação Utilizadas
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Representação da Informação
Cada bit de informação é combinado com um número pseudo randômico (PN – Pseudo-random Numerical Sequence) através de uma operação XOR.
O resultado então é modulado para transmissão em RF.
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Recepção da Informação
Na recepção, o PN é retirado para recuperar o sinal original. O XOR com o número randômico permite retirar interferências somadas ao sinal durante a transmissão.
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Efeito do XOR com o número randômico
As taxas de transmissão de 1 e 2 Mbps foram inicialmente especificadas. 
Estas taxas foram ampliadas para 5.5 e 11 Mbps, recentemente.
O efeito do XOR é de espalhar o espectro mantendo a potência total do sinal constante. 
Deste efeito de espalhamento resulta o nome das técnicas de modulação: DSSS e FHSS.
XOR
f
f
Após o XOR, o espectro de freqüência é maior, mas a potência é constante. 
Observe que os picos de potência são reduzidos. 
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Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Utilizada somente na especificação IEEE 802.11.
A banda passante é dividida em 79 canais de 1MHz, não sobrepostos. 
Taxa máxima de transmissão 1 MSps.
1 ou 2 Mbits/s
O transmissor deve mudar de canal de acordo com uma seqüência pseudo-randômica
dwell time = 20 ms (tempo máximo numa dada frequência).
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Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Potência máxima a 1 W (mas, o dispositivo deve ser capaz de reduzir sua potência a 100 mW).
Transmissão em NRZ
Quadros definidos de acordo com o padrão da camada física (PHY), que inclui delimitadores de quadro e CRC de 16 bits.
Um mecanismos de sincronização distribuído é definido para fazer com que os saltos de frequencia ocorram no mesmo instante.
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Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Lista de frequências ordenadas pseudo-randômicas (FCC 15.247)
78 padrões de frequência organizadas em 3 grupos de 26 padrões cada.
2042+(b[i]+k) mod 79
onde: 
b[i] é a freqüência de base.
2042, 2456, 2472, 2447, etc.
k é o número da sequencia pseudo-randômica.
Seqüências de um mesmo grupo colidem em média 3 vezes e, no máximo, 5.
FH permite a co-existência de 26 redes.
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Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
Nesta técnica, a banda de 2.4GHz é dividida em 14 canais de 22MHz. 
Canais adjacentes sobrepõe um ao outro parcialmente, com 3 dos 14 canais sendo totalmente não sobrepostos. 
Os dados são enviados por um destes canais de 22MHz sem saltos para outras freqüências.
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Canais WLAN
Observa-se que apesar da modulação DSS definir 14 canais, apenas 3 não são sobrepostos.
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Número de Canais de WLAN
A faixa de freqüências disponível, 2.4 - 2.4835 GHz (83,5 MHz) permite acomodar até 3 canais WLAN sem sobreposição.
Ou seja, num mesmo espaço física pode ser estabelecidos até três comunicações simultâneas sem interferência.
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Velocidades de DSSS
A especificação 802.11b determina a troca da taxa de transferência dinamicamente dependendo das condições do sinal, de acordo com a tabela abaixo:
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Camada MAC e CSMA/CA
Para permitir a construção de redes WLAN com muitos computadores e apenas três canais disponíveis, uma protocolo de controle de acesso ao meio foi definido pelo IEEE 802.11.
Este protocolo é implementado pela camada MAC, sendo responsável por evitar colisões entre os computadores que utilizam o mesmo canal.
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Algoritmo MAC
O algoritmo MAC utiliza duas técnicas combinadas:
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) protocol.
DCF: Distributed Coordination Function
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CSMA/CA
O CSMA/CA pode ser resumido como segue:
A) O computador escuta o meio antes de transmitir.
B) Se o meio estiver ocupado ele seta um contador de espera com um número randômico.
C) A cada intervalo que ele verifica que o meio está livre ele decrementa o contador. Se o meio não estiver livre ele não decrementa.
D) Quando o contador atinge zero ele transmite o pacote.
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Distributed Coordination Function: DCF
O IEEE 802.11 é incapaz de determinar se ocorreram colisões. Por isso cada pacote recebido corretamente é verificado pelo receptor.
transmissor
receptor
RTS (Ready to Send)
Tamanho do pacote
CTS (Clear to Send)
Pacote de dados
Verifica
CRC
ACK (Clear to Send)
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Problema do Nó Escondido
A troca de RTS e CTS é feita para evitar colisões entre nós que estão em regiões de cobertura deferente. 
A quer falar com B, mas este está ocupado falando com C.
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Prioridade das Mensagens ACK
SIFS: Short Inter Frame Space.
DIFS: DCF Inter Frame Space.
ACK: maior prioridade.
Outros frames: devem esperar o DIFS.
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Tipos de Frames
Os principais tipos de frames são:
Data Frames: 
Frames para transmissão de dados;
Control Frames: 
São frames utilizados para controle de acesso ao meio, entre eles estão RTS, CTS e ACK;
Management Frames: 
São frames transmitidos da mesma forma que os frames de dados, porém com informações de gerenciamento. Estes frames não são repassados para as camadas superiores da pilha de protocolo;