AULA02 REDES SEM FIO

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REDES SEM FIO
PROFESSOR: MARCOS A. A. GONDIM
PADRÃO IEEE 802.11
Bibliografia
Roteiro
O padrão IEEE 802.11.
Arquitetura.
Canais de frequência.
Associação.
Protocolo MAC 802.11.
Implementação de RTS e CTS.
Quadro IEEE 802.11.
A camada física.
IEEE 802.11n
IEEE 802.11 ac
Tecnologias de redes sem fio
O padrão IEEE 802.11
Antes da criação do padrão 802.11, já era possível comunicação 
sem fio.
Porém não havia padrão técnico definido.
Década de 1990: uma classe particular de padrões predominou -
IEEE 802.11 (Wi-Fi).
O padrão IEEE 802.11
A ausência de um padrão para qualquer tecnologia trás algumas 
dificuldades:
Custo elevado dos equipamentos para implantação das redes.
Falta de interoperabilidade para os equipamentos de diversos 
fabricantes.
O padrão IEEE 802.11
Padrão Faixa de freqüência Taxa de dados
802.11b 2.4 – 2.485GHz até 11 Mbps
802.11a 5.1 – 5.8GHz até 54 Mbps
802.11g 2.4 – 2.485GHz até 54 Mbps
802.11n 2,4 – 2,485 e 5,1 – 5,8 GHz até 600 Mbps
802.11ac 5,1 – 5,8 GHz 1,3 Gbps
802.11ad (Wi-Gig) 5,1 – 5,8 GHz 5 Gbps
Soluções SOHO
Soluções SOHO
• Bandas de 2.4GHz (450Mbps) e 5GHz (867Mbps).
• Três antenas de 2.4GHz e duas de 5GHz estabelecem cobertura Wi-Fi superior.
Soluções SOHO
• Dual Band 2.4GHz e 5GHz.
• Maximiza o alcance com três antenas externas com amplificadores de alto ganho
• Tecnologia Beamforming - Foca sinal Wi-Fi em direção aos dispositivos para 
conexões mais fortes e estáveis.
Soluções Enterprise
Soluções Enterprise
Arquitetura 802.11
Arquitetura 802.11
Existem duas topologias comuns dentro da arquitetura 
802.11:
Hosts que compõem uma BSS saem para a Internet através de 
um elemento concentrador que conecta todos os APs.
As estações podem se agrupar através de uma rede IBSS ou ad 
hoc onde não há nenhum controle central nem saída para 
Internet. 
(E)BSS
Internet
AP
BSS 1
AP
BSS 2
Hub, switch ou 
roteador
IBSS
Canais de frequência
Canais de frequência
Redes IEEE 802.11 necessitam de alguns cuidados em sua 
configuração.
Escolha do canal de frequência Interferência/desempenho.
Canais de frequência
A transmissão de sinais RF em redes WLANs pode ser realizada 
em duas categorias de bandas de frequência:
ISM (Instrumentation, Scientific & Medical), compreendem três segmentos 
do espectro 
902 a 928 MHz, 
2.400 a 2.483,5 MHz e 
5.725 a 5.850 MHz reservados para uso sem a necessidade de licença.
U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure) Esta banda foi criada 
pelo FCC nos Estados Unidos, sem exigência de licença, para acesso à 
Internet, e compreende o segmento de freqüências entre 5.150 e 5.825 
MHz.
Canais de frequência (2,4GHZ)
Disponibiliza 11 canais (padrão americano);
Largura de banda de cada canal: 20 MHz;
Separação entre suas frequências centrais de 5 MHz. 
Canais de frequência (2,4GHZ)
Canais adjacentes apresentam certo nível de sobreposição 
espectral.
Não apresentam sobreposição: 1, 6 e 11.
Estes canais podem ser utilizados sem interferência.
Canais de frequência (2,4GHZ)
Canais de frequência (5GHZ)
O 802.11a disponibiliza nesta banda 12 canais.
Utilizados sem a presença de interferência entre canais 
adjacentes. 
São subdivididos em canais de banda:
a. baixa (UNII-1);
b. média (UNII-2); 
c. alta (UNII-3).
Canais de frequência (5GHZ)
1. Canais de banda baixa e média:
a. Maior alcance, menor atenuação.
b. Indicadas para o uso em aplicações externas.
2. Canais de banda alta:
a. Menor alcance, maior atenuação.
b. Indicados para o uso em aplicações 802.11 internas.
Canais de frequência (5GHZ)
Definição dos canais de 5GHz
Canais de frequência (5GHZ)
Associação
Associação
Conceito:
Em uma rede 802.11é necessário que cada estação 
esteja associada a um AP (BSS) antes de enviar ou 
receber quadros 802.11 contendo dados.
Associação
Alguns pré-requisitos são necessários:
Identificador de conjunto de serviços - SSID.
SSID: deve ser único, alfanumérico, sensível a maiúsculas e 
minúsculas e pode ter até 32 caracteres.
Associar um canal ao ponto de acesso.
O AP envia periodicamente quadros de sinalização que 
contém o SSID e o endereço MAC do ponto de acesso.
Estações sem fio por sua vez fazem uma varredura dos 11 
canais (2,4GHz) em busca de quadros de sinalização de 
pontos de acessos que estejam disponíveis.
Por fim selecionam um destes pontos de acesso e iniciam 
o processo de associação.
Associação
Protocolo MAC 802.11
Protocolo MAC 802.11
Concluído o processo de associação , a estação 
sem fio pode iniciar o envio e recebimento de 
quadros.
Entretanto várias estações podem querer 
transmitir quadros de dados ao mesmo tempo, 
o que propicia colisões na rede.
Protocolo MAC 802.11
Baseando-se no protocolo de acesso aleatório Ethernet 
– utiliza-se CSMA/CA.
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Colision 
Avoidance).
Significa que:
Cada estação sonda o canal antes de transmitir os dados. 
Não transmite caso perceba que o canal está ocupado. 
Funcionamento do CSMA/CA
Os dois temporizadores mais importantes para o 
correto funcionamento do CSMA/CA são o SIFS e DIFS:
SIFS (Short Interframe Space) = 10 ms [802.11b] e 
16 ms [802.11g].
DIFS (DCF Interframe Space) = 50 ms [802.11b] e 
34 ms [802.11g].
Protocolo MAC 802.11
Etapas CSMA/CA
Etapas da transmissão de dados utilizando o protocolo 
CSMA/CA 802.11:
1. Estação transmissora percebe canal ocioso → iniciará a 
transmissão após esperar um curto período de tempo 
(DIFS).
2. Caso perceba que o meio está ocupado → (backoff). 
3. Iniciará a contagem para início da transmissão a partir do 
momento em que o canal estiver ocioso. 
4. Caso o canal permaneça ocupado o valor do contador 
permanecerá estacionário. 
Etapas CSMA/CA
5. Assim que o contador zerar, a estação transmitirá o 
quadro inteiro e então ficará esperando um ACK.
6. Destino: após um tempo SIFS (Short Inter-Frame Space) 
envia um ACK após checagem do CRC.
7. Ao receber o ACK a estação transmissora saberá que os 
dados foram entregues corretamente. 
8. Caso contrário a estação transmissora entrará novamente 
na fase de backoff e escolherá outro valor maior de tempo 
para retransmitir.
Pergunta: 
Na etapa onde a estação obtém um valor de backoff aleatório 
e inicia uma contagem regressiva para transmissão, atrasando a 
sua transmissão mesmo que perceba que o meio está ocioso. 
Em contrapartida no CSMA/CD (IEEE 802.3) uma estação 
começa a transmitir imediatamente assim que percebe que o 
canal está ocioso. 
Por que o CSMA/CD e CSMA/CA adotam abordagem 
diferentes?
RTS e CTS
RTS e CTS
Caso existam estações ocultas o CSMA/CA não é 
suficiente para evitar colisões.
AP1
H2
H1
RTS e CTS
Devido ao desvanecimento, a cobertura de sinal das estações sem fio 
é limitada.
Com isto as estações H1 e H2 irão transmitir “ao mesmo tempo” após 
o tempo DIFS.
Consequência → colisão e desperdício do canal. 
RTS e CTS
Para evitar esse problema :
Utilização de um quadro de controle RTS (Request to Send -
solicitação de envio). 
E quadro de controle CTS (Clear to Send – pronto para envio).
RTS e CTS
Remetente quer enviar um quadro com dados:
1. Ele deve enviar primeiro um quadro RTS ao AP.
2. Indicar o tempo total requerido para transmitir o quadro.
3. Enviar o tempo para envio do quadro ACK de confirmação.
4. Quando o AP recebe o quadro RTS responde fazendo um broadcast 
de um quadro CTS.
Função do CTS
O CTS tem duas finalidades: 
Dar ao remetente permissão para enviar os dados.
Instruir as outras estaçõessem fio que não enviem dados no 
tempo reservado. 
IEEE 802.11n
Melhorias obtidas pelo padrão:
1. Aumento da taxa de dados para até 600Mbps.
2. Implementação do SU-MIMO (Single user – Multiple Input 
Multiple Output).
3. Channel Bonding.
4. Uso do OFDM com 52 sub-portadoras.
5. Redução do intervalo de guarda entre símbolos de 800ns para 
400ns.
IEEE 802.11n
O padrão pode atingir 600Mb/s, porém com algumas condições:
i. Largura de banda do canal (channel bonding)
ii. Quantidade de Fluxos (Spatial Streams)
iii. Situações de interferência
IEEE 802.11n – Taxa de dados
Técnica que realiza a combinação de canais.
Inserção dos Canais de 40Mhz através da técnica de 
Channel Boding trouxeram melhor aproveitamento.
IEEE 802.11n 
Channel Boding 2,4GHz 
IEEE 802.11n - MIMO
Redução do intervalo de guarda
Dual Band
Utiliza as frequências de 2,4GHz e 5 GHz.
Na prática o roteador dual band funciona como se fossem 2 
roteadores em 1.
Suportado no padrão IEEE 802.11n
Dual Band
IEEE 802.11ac
Padrão IEEE 802.11ac
Criado em dezembro de 2012 pelo IEEE;
Buscava atender uma demanda maior de largura de banda, o objetivo seria 
atingir 1,3Gb/s;
Foi definido que seria restrito a frequência de 5Ghz;
Inserção dos canais de 80MHz e 160MHz;
O padrão pode atingir 1,3Gb/s com a utilização da tecnologia MU-MIMO 
(multi-User-Multiple-Input-Multiple-Output), Tecnologia Beamforming e uso 
256 QAM espalhamento espacial;
MU-MIMO
Padrão IEEE 802.11ac
Comparação MIMO simples e MIMO Multiusuário Maior reutilização espacial com MU-MIMO
M. S. GAST - 2013 M. S. GAST - 2013
Implementação de intervalo de quadros menor em conjunto 
com o CSMA/CA
SIFS (Short InterFrame Space) – 16 µs (Padrões antigos)
RIFS (Reduced InterFrame Space) - 2 µs
Implementação da técnica de oportunidade de transmissão 
(TXOP).
IEEE 802.11ac
Padrão IEEE 802.11ac
Comparação das modulações 64-QAM e 256-QA.M