Redes Wireless e WiMAX

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Redes Wireless e WiMAX
Automação Industrial III - Redes de Computadores
Açailândia 
2017
Orientador: Carlos Costa
GRUPO 2:
Redes Wireless e WiMAX
Redes Wireless
	São redes que não utilizam cabos e enviam os sinais via ondas de rádio frequência que podem propagar-se em linha reta ou em todas as direções (difusão). Estas ondas se propagam no vácuo (não precisa de meio material) e normalmente, no caso, possuem uma frequência alta.
	
Redes Wireless e WiMAX
 As redes sem fio são bastante utilizadas por sua praticidade, pois a ausência de cabos facilita e muito a manutenção da rede, reduzindo o tempo de configuração de novos postos de trabalho (clientes). Esta rede pode fornecer todas as funcionalidades de uma rede cabeada com uma melhor modularidade. 
Funcionamento das redes Wireless
	O funcionamento destas redes é idêntico ao das redes cabeadas, a única diferença é o modo da propagação da onda eletromagnética, podendo ser por difusão (broadcast). Funciona através de modulação de sinal, que é inserido em uma onda portadora, e remetido por uma antena transmissora. A distância máxima e a taxa de ruídos será definido pela qualidade do sinal transmitido.
	
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 A modulação é necessária para facilitar a irradiação (reduzindo o tamanho das antenas), reduz o nível de ruídos e interferência além da possibilidade de multiplexação do sinal transmitido.
Propriedades de uma onda de radio frequência
Relação entre o Sinal e o Ruído (S/N Signal/Noise)
	É uma medida relacionada ao sinal recebido e a quantidade de ruído que este sinal sofreu, escrita em decibéis (dB). Esta relação serve para medir a qualidade do sinal, onde quanto menor a quantidade de ruído em relação ao sinal, melhor. Em outras palavras, para que haja uma comunicação de qualidade, a intensidade do sinal deve ser maior do que o ruído.
Ganho
	É a modificação da intensidade do sinal (aumento da amplitude da onda) sem a alteração do mesmo, utilizando um dispositivo amplificador (repetidor). A idéia é aumentar a área de abrangência de um sinal.
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Propriedades de uma onda de radio frequência
Atenuação do Sinal
	Como vimos anteriormente, é a perda da transmissão pelo enfraquecimento do sinal pela distancia percorrida, onde quanto maior a distância, maior a atenuação. 
Reflexão
	Uma das propriedades das ondas eletromagnéticas é a capacidade de reflexão. Quando uma onda atinge um obstáculo, esta, em condições específicas, poderá ser refletida (como em um espelho). Isto acontece quando o obstáculo é maior que o comprimento da onda a ser refletida.
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Propriedades de uma onda de radio frequência
Refração
	É quando apenas uma parte da onda é refletida (reflexão parcial) e a outra parte atravessa o obstáculo.
Difração
 É quando a onda consegue atravessar um obstáculo sem refletir ou refratar. É com essa característica que a tecnologia wireless pode ser utilizada em grandes cidades, mesmo com as construções.
Absorção
	Capacidade da onda ser absorvida por determinados materiais, causando a perda da intensidade, ou seja, gerando atenuação.
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Redes Sem Fios quanto a abrangência
	Da mesma forma que as redes cabeadas, as redes sem fio também tem uma classificação por abrangência, estas são a WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (wireles Local Area Network) WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) e WWAN (Wireless Wide Area Network).
Wireless Personal Area Network (WPAN)
 Rede sem fio com uma pequena área de abrangência, normalmente é utilizada para conectar dispositivos periféricos sem a utilização de cabos, como mouses, teclados, câmeras fotográficas, impressoras, tablets, etc. Normalmente são utilizadas tecnologias como Bluetooth ou Infravermelho. 
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Wireless Local Area Network (WLAN)
 É uma rede com uma área de abrangência um pouco maior. Normalmente é utilizada para criar uma pequena rede local para compartilhamento de internet ou outros serviços de redes sem a utilização de fios. Utiliza o padrão IEEE 802.11 (Wi-Fi). 
Redes Sem Fios quanto a abrangência
Wireless Metropolitan Area Network (WMAN)
Abrange a área de uma cidade (em média um rádio de até 10Km). Atualmente têm-se utilizado a tecnologia WiMax para transmissão de redes wi-fi em uma escala maior.
Wireless Wide Area Network (WWAN)
Abrange uma área intercontinental, sendo um basicamente um conjunto de redes WLAN e WMAN. Normalmente é utilizada na comunicação via satélite e na telefonia móvel. 
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Tecnologias Wireless
Infrared Data Association (IrDA). O adaptador infravermelho (IRDA) é um padrão de comunicação sem fio para transmissão de dados entre outros dispositivos, não possui memória interna e portanto não armazena os dados, apenas os transfere de um equipamento para outro servindo apenas como uma ponte.
Bluetooth
Bluetooth consiste de uma pequena rede, chamada piconet, com um nó mestre e até sete nos escravos ativos (pode haver até 255 escravos não ativos), em uma distancia de 10m (podem existir varias piconets em um mesmo ambiente conectadas por um no de ponte, formando uma scatternet).
A comunicação é sempre feita mestre-escravo, não sendo possível a comunicação entre escravos. Opera na faixa de 2.4GHz, com taxa de dados bruta de 1Mbps.
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RONJA
Ronja é uma tecnologia livre e aberta para a comunicação sem fio ponto-a-ponto por meio de luz do espectro visível ou infravermelho através do ar.
Wifi
Wifi é um tipo de rede sem fio, em que se permite por meio de ondas de rádio conectar-se a internet e transmitir dados de dispositivo para outro, Wifi é a rede sem fio mais utilizada no mundo, pois, tem uma boa criptografia (WPA/WPA2, WPA-PSK/WPA2-PSK e WEP), a criptografia mais usada é a WPA/WPA2 e WPA-PSK/WPA2-PSK, que garantem uma boa segurança para rede.O Wifi poder ter um alcance muito grande, mas, isso vai depender do aparelho transmissor da rede, hoje em dia Wifi tem duas frequências muito conhecidas que são a 2.4 ghz e 5.1 ghz.
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Rede mesh ou rede de malha, é uma alternativa de protocolo ao padrão 802.11 para diretrizes de tráfego de dados e voz além das redes a cabo ou infraestrutura wireless.
WiGig:
WiGig Alliance. A organização produzirá um padrão comum para enviar dados a um link de 60 GHz A tecnologia é cerca de 10 vezes mais veloz que uma conexão 802.11n padrão (1 Gbps).
Padrão Apoiado pelas empresas: Atheros, Broadcom, Intel e Marvell,Dell, LG, NEC, Panasonic, Samsung, Microsoft.
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Padrões
Como WLANs usam o mesmo método de transmissão das ondas de radio AM/FM, as leis que as regem são as mesmas destes. O FCC (Federal Comunications Comission), regula o uso dos dispositivos WLAN. O IEEE ( Institute of Eletrical and Eletronic Engineers) é responsável pela criação e adoção dos padrões operacionais. Citamos os mais conhecidos:
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802.11:
Criado em 1994, foi o padrão original.
Oferecia taxas de transmissão de 2 Mbps.
Caiu em desuso com o surgimento de novos padrões.
802.11a:
Dentro dos padrões do IEEE chegava a 54 Mbps, mas nos fabricantes não padronizados podia chegar até 108 Mbps;
Frequência de 5 GHz;
Suportava 64 utilizadores por AP;
Não sofria de interferência;
Incompatível com os padrões no que diz respeito a Access Points 802.11 b e g;
Alcance indoor de até 25 mts e outdoor de 75 metros;
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802.11b:
Transmissão de até 11 Mbps padronizada pelo IEEE e 22 Mbps nos não padronizados;
Frequência de 2.4 GHz;
Inicialmente suportava 32 utilizadores por AP;
Alta interferência, devido a telefones móveis, microondas e dispositivos Bluetooth;
Muito utilizado por provedores de internet sem fio;
Incompatibilidade com dispositivos de fabricantes diferentes;
Alcance indoor até 35 metros e outdoor até 100
metros;
802.11e:
Agrega o QoS às redes sem fio;
Adicionado o recurso Transmission Opportunity (TXOP), que permite a transmissão em rajadas, otimizando a utilização da rede;
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802.11g:
Baseado na compatibilidade do 802.11b;
Velocidade de 54 Mbps;
Incompatibilidade com dispositivos de fabricantes diferentes, assim como o 802.11b;
Alcance indoor de até 25 mts e outdoor de 75 metros;
Suscetível a interferência;
802.11i:
Atualização de segurança, integrando o AES (Advanced Encryption System), que é mais seguro, em vez do RC4, que é pouco seguro;
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802.11n:
Taxas de transferência de 65 Mbps a 300 Mbps;
Método de Transmissão MIMO-OFDM (MIMO significa “multiple-in, multiple-out”, tecnologia de multiplexação que amplia o alcance e a velocidade de redes sem fios, podendo atingir 108 megabits por segundo. Já o OFDM, do inglês “Orthogonal frequency-division multiplexing” é uma técnica onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências.);
Frequência de 2.4 GHZ ou 5 GHz;
Alcance indoor até 50 metros e outdoor de 126 metros;
802.11r:
Padroniza o hand-off rápido, quando o cliente se reassocia em outro AP se estiver se locomovendo;
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802.15:
Utiliza um tipo de radiação eletromagnética;
Classe 1 – 100 mW (20 dBm) e alcance de até 100 metros;
Classe 2 – 2.5 mW (4 dBm) e alcance de até 100 metros;
Classe 3 – 1 mW (0 dBM) e alcance de até 1 metro;
Versão 1.2 tem velocidade de 1 Mbit/s (mais comum);
Versão 2.0 + EDR tem velocidade de 3 Mbit/s;
Versão 3.0 tem velocidade de 24 Mbit/s (mais raro);
Frequência 2.4 GHz a 2.5 GHz;
Utiliza criptografia de 128 bits SAFER+ (cifragem de blocos);
802.16:
Wi-Max;
Tem o objetivo de promover a compatibilidade e interoperabilidade entre equipamentos do padrão 802.16;
Alcance de até 50 km;
Transmissão de 280 Mbps;
Utilização outdoor;
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Segurança
WEP (Wired Equivalent Privacy) foi ratificado em 1999 o primeiro protocolo de segurança tendo como objetivo dar segurança as redes sem fio por meio de um processo de autenticação, mas com o passar do tempo o protocolo ficou desatualizado e foram descoberto várias vulnerabilidades no protocolo WEP onde hoje ele e facilmente quebrando em pouco tempo, apesar do protocolo ainda ser um dos mais usados hoje em dia e padrão dos modens mais antigos.
WEP2 ou WPA (Wi-Fi Protected Access) foi lançado em 2003 e apenas um grande upgrade no WEB tendo como objetivo melhorar a segurança das redes sem fio, combantendo quase todas as vulnerabilidades do WEP, com tecnologia aprimorada de autenticação de usuário e de criptografia dinâmica.
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WPA2 foi ratificado em meados de 2004 corresponde a versão final do WPA, a diferença entre WPA e WPA2 e que o WPA utiliza o algoritmo RC4 o mesmo sistema de encriptação utilizado no WEB o TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), enquanto o WPA2 se basea na criptografia AES (Advanced Encryption Standard) mais segura que a TKIP, mas exige mais processamento e algumas placas mais antigas não suportam o WPA2 nem mesmo atualizado a firmware.
WPA-PSK de maneira simples WPA-PSK é uma criptografia forte em que as chaves de criptografia (TKIP) e frequentemente mudada o que garante mais segurança protegendo de ataque hack, muito utilizado por usuários domésticos.
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WPA2-PSK e ainda mais seguro que o WPA-PSK onde sua criptografia (AES) e extremamente forte e resistência a ataques, adotado como padrão de criptografia do governo americano.
Embora nenhum seja livre de falhas, elas são uma camada essencial de proteção, que evita que sua rede seja um alvo fácil. É como as portas de uma casa. Nenhuma porta é impossível de arrombar, mas você não gostaria de morar numa casa sem portas. O WEP é relativamente fácil de quebrar, usando ferramentas como o kismet e ao aircrack, mas o WPA pode ser considerado relativamente seguro.
WiMax (Wordwide Interoperability for Microwave Access - IEEE 802.16)
	Esta tecnologia é um padrão para acesso sem fio de banda larga para uma grande área (WMAN). O padrão 802.16d assegura uma conectividade que péra em uma faixa de frequência de 2 a 11 GHz, ou seja, fica fora da faixa de frequência pública permitida (2,4 e 5 GHz). Esta tecnologia pode cobrir uma distância de até 50 Km com taxas de transmissão de até 75 Mbps utilizando 20MHz (SHF). 
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Padrão 802.16 – WiMax
 IEEE 802.16-2004 (Wimax Fixo) . Utiliza Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) e suporta acessos fixos e nômades em ambientes com o sem linha de visada. As especificações iniciais são nas frequências de 3,5 GHz e 5,8 GHz e os primeiros produtos foram certificados pelo WIMAX Forum no final de 2005.
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802.16e Mobile Amendment (WIMAX Móvel) ratificado em dezembro de 2005. Otimizado para mobilidade, suporta handoffs entre células e roaming. Utiliza Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (SOFDMA), uma técnica de modulação multiportadora que usa sub-canalização.
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Padrão 802.16 – WiMax - camada física
Camada física
Freqüência
Modulação
característica
sc
10 a 66Ghz
QPSK, 16-QAM, 64-QAM
Half e full duplex. Linha de visada
sca
Abaixo de 11 Ghz
BPSK, QPSK, 16-QAM, 64 QAM, 128 QAM
Sem linha de visada.
OFDM
Abaixo de 11 GH
BPSK, QPSK, 16-QAM, 64 QAM, 128 QAM
Sem linha de visada.
Utiliza FTT com 256 portadoras
OFDMA
Abaixo de 11 GH
BPSK, QPSK, 16-QAM, 64 QAM, 128 QAM
Sem linha de visada.
Utiliza FTT com 2048 a 4096 portadoras
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Padrão 802.16 – WiMax
Qualidade de Serviço
O padrão 802.16 apresenta qualidade de serviço que permite a transmissão de voz e vídeo, que requerem redes de baixa latência.
O MAC (Media Access Control) do 802.16 provê níveis de serviço "Premium" para clientes corporativos, assim como um alto volume de serviços em um padrão equivalente aos serviços hoje oferecidos pelos serviços de ADSL e de Cable Modem, tudo dentro da mesma estação radio base.
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Padrão 802.16 – WiMax
Espectro de frequência
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Padrão 802.16 – WiMax
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Padrão 802.16 – WiMax - Subcamada de segurança.
	O IEEE 802.16 especifica uma subcamada de segurança, localizada abaixo da subcamada MAC. Ela fornece privacidade às estações cliente, através da encriptação das conexões geradas. Além disso, a subcamada protege as estações base contra o acesso não autorizado a seus serviços, através de um protocolo de administração de chaves, de métodos de autenticação baseados em certificados digitais, e de criptografia. 
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Padrão 802.16 – WiMax - Acesso ao meio
	A subcamada MAC do IEEE 802.16 é orientada a conexão, ou seja, todo tipo de transmissão acontece através de conexões, sejam eles dados, voz ou áudio, compactados ou não, modulados no tempo ou na freqüência, por exemplo. Devem ser acomodados, portanto, tanto tráfego contínuo quanto tráfego em rajada. Todo serviço é mapeado para uma conexão, que será associada a algum nível de qualidade de serviço. 
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Padrão 802.16 – WiMax - Subcamada de convergência de serviços específicos.
	São definidas duas subcamadas de convergência específica para mapear serviços de e para conexões MAC: a subcamada de convergência ATM, definida para serviços ATM, e a subcamada de convergência de pacotes, definida para mapear serviços de pacotes como o Ipv4, Ipv6, Ethernet e redes virtuais locais (VLANs). 
Bibliografia
TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. 4ª Ed. Rio de Janeiro: Campus, 2003.
Site: http://www.teleco.com.br/, acessado 14 de Outubro de 2017.
Fundamentos de radio frequência, Curso SENAI, 2010.
Site:http://www.diegomacedo.com.br/redes-sem-fio-wireless-fundamentos-e-padroes/, acessado 14 de Outubro de 2017.
Site:https://pt.wikipedia.org/wiki/Rede_sem_fio,
acessado 14 de Outubro de 2017.