Projeto de Rede 802.11 e Site Survey

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REDES SEM FIO
Aula 7: Projeto de uma rede 802.11
Interconexão de redes locais
REDES SEM FIO
PROJETO DE UMA REDE 802.11 – AULA 07 - *
Conteúdo Programático da Disciplina
Aula 1 - Histórico e Contextualização das Redes Sem Fio
Aula 2 - Fundamentos de transmissão de sinais digitais
Aula 3 - Fundamentos de rádio comunicação - Parte I
Aula 4 - Fundamento de radio comunicação – Parte II
Aula 5 - Arquiteturas em redes sem fio e redes lan sem fio (WLAN)
Aula 6 - Redes WLAN padrão IEEE 802.11 (wi-Fi)
Aula 7 - Projeto de uma rede 802.11
Aula 8 - Segurança em redes 802.11
Aula 9 - Instalação e configuração
Aula 10 - Outras Redes sem Fios Utilizadas em Transmissão de Dados
Interconexão de redes locais
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Conteúdo Programático desta aula
Ao final desta aula, você será capaz de:
Compreender os principais aspectos que devem ser considerados na elaboração de um projeto de rede local sem fio.
Compreender a necessidade de um site survey (levantamento em campo ) para avaliar as condições de obstáculos a serem encontrados.
Entender a alocação os canais conforme planejamento evitando as interferências.
Escolher a melhor opção de antenas adequadas ao projeto.
Entender a necessidade de ferramenta de teste de verificação.
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Planejamento e Análise do Local – Site Survey
O termo Site Survey é utilizado nas redes sem fio, mas nem sempre fica claro a que se refere ou qual é o seu objetivo.
Ele pode ser definido como um “levantamento de campo” que tem por objetivo colher dados no local onde se pretende instalar a nova infraestrutura de rede. 
As informações obtidas auxiliam:
 na escolhas dos equipamentos (tipo e quantidade dos APs, cabos e acessórios), 
 na escolha dos locais onde estes equipamentos serão instalados, visando o melhor desempenho.
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Planejamento e Análise do Local – Site Survey
Site Survey é uma metodologia de avaliação técnica no local de implantação do projeto. 
Pode ser executado em uma infraestrutura já implantada com objetivo de ampliá-la ou identificar falhas e propor soluções. 
A inspeção inicial no local deve identificar:
 pontos para instalação das antenas, 
 disponibilidades de pontos de energia elétrica,
 ventilação,
 segurança física dos equipamentos, entre outros.
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Planejamento e Análise do Local – Site Survey
É importante verificar o nível de sinal recebido no maior número de locais possíveis, onde possam haver usuários, dentro da área de cobertura da rede, evitando a existência de locais de sombra ou locais de baixo rendimento da rede, indesejados no projeto.
Devem ser identificadas também as fontes de interferência de RF e obstáculos que dificultem ou impeçam a propagação do sinal com objetivo de guiar na escolha dos locais de instalação dos APs.
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Planejamento e Análise do Local – Site Survey
Site Survey é uma ferramenta indispensável para o projeto e que precisa ser utilizada em mais de uma fase com objetivo de manter as especificações do mesmo.
O Site Survey não é uma metodologia exclusiva em projetos que de redes sem fio, todo projeto de rede na fase inicial também deve preocupar-se em levantar as necessidades dos usuários, buscando a máxima eficiência.
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Fontes de interferência e Atenuação relativa a obstáculos
Em ambientes atendidos por redes sem fio as fontes de interferências constituem  um dos maiores problemas.
As interferências podem ser caracterizadas nos seguintes tipos:
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Fontes de interferência e Atenuação relativa a obstáculos
Ruídos
 ruído térmico que pode ter origem no próprio equipamento ou no ambiente. 
 ruído ambiental, gerado por outros equipamentos (como fornos de micro-ondas ou harmônicos gerados em motores).
 ruídos oriundos do próprio equipamento, originado pelos elétrons livres em movimento nos componentes do circuito.
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Fontes de interferência e Atenuação relativa a obstáculos
Interferência
Como os equipamentos sem fio não são perfeitos pois não conseguem aplicar toda a energia apenas dentro da faixa designada e esta energia que sai da faixa é chamada de emissão de banda lateral. 
Se esta energia fora da faixa for elevada é possível que gere interferência no equipamento degradando seu funcionamento e afetando diretamente a taxa de conexão.
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Fontes de interferência e Atenuação relativa a obstáculos
Intermodulação
Provocada por um sinal externo no mesmo canal que o sinal utilizado e se estende por toda banda de frequência. 
Este tipo de interferência pode aparecer em ambientes multicelulares por falha no planejamento do plano de frequência ou mesmo por outros sistemas próximos utilizando a mesma frequência. 
Este tipo de interferência é muito mais crítica que a provocada pelo ruído térmico ou a perda por trajetos.
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Fontes de interferência e Atenuação relativa a obstáculos
Atenuação
As atenuações relativas a obstáculos podem ocorrer tanto em ambientes internos como externos (indoor ou outdoor). 
Os clientes da rede podem ser fixos ou móveis o que aumenta o grau de dificuldade da predição. 
As atenuações variam de acordo com o material empregado em cada um dos obstáculos. 
A diversidade de formas e materiais implica em diferentes coeficientes de atenuação e por consequência na predição da propagação. 
Podemos definir uma atenuação aproximada do sinal em diferentes materiais.
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Fontes de interferência e Atenuação relativa a obstáculos
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Alocação de canais e reutilização de frequência
O problema da alocação de canais nas redes IEEE 802.11 é importante e pode gerar grandes impactos no desempenho.
O problema é agravado quando as redes não possuem uma administração única ou centralizada, cenário cada vez mais comum devido à popularização das redes 802.11 em aplicações domiciliares e em pequenas empresas.
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Alocação de canais e reutilização de frequência
O desenvolvimento de mecanismos para a alocação de canais de forma distribuída e independente sem a necessidade de comunicação com as outras redes dentro do alcance das BSS pode representar uma grande melhoria no desempenho das redes. 
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Alocação de canais e reutilização de frequência
O layout geográfico da instalação interfere diretamente no número de usuários que a rede poderá suportar. 
O número de usuário interfere na taxa de dados esperada na comunicação, pois quanto maior o número de usuários menor a taxa efetiva de transmissão, afinal todas as transmissões ocorrem em broadcast.
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Alocação de canais e reutilização de frequência
O equilíbrio de potência é fundamental para evitar interferências nos canais escolhidos.
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Alocação de canais e reutilização de frequência
Reutilização de Frequência, muito utilizada em telefonia celular,onde as células em uma mesma área de cobertura possuem diferentes frequências, a fim de que uma célula não interfira na outra.
É possível reutilizar a frequência de uma célula em outra célula relativamente distante, desde que não haja interferência entre elas.
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Alocação de canais e reutilização de frequência
A figura  ilustra o conceito de reutilização de frequência por grupos, onde as células com a mesma letra utilizam a mesma frequência.
O formato hexagonal das células é o mais prático, pois permite melhor visualização, mas, na prática, seria melhor representado por círculos. 
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Alocação de canais e reutilização de frequência
Na grande maioria das aplicações de telefonia celular as ERB – Estações Rádio Base - utilizam antenas omnidirecional no centro da célula, porém há a possibilidade de utilizar várias antenas setorizadas e cobrir toda a área da célula. 
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Alocação de canais e reutilização de frequência
Esta figura mostra três antenas setorizadas em três dos seis vértices de uma célula, cobrindo assim, toda a área da célula. 
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Alocação de canais e reutilização de frequência
Essa ideia pode ser levada para o 802.11.
A frequência de 2.4GHz que possui apenas três canais sem sobreposição de frequências: os canais 1, 6 e 11.
Estes canais podem ser utilizados ao mesmo tempo por redes distintas de uma determinada região sem que ocorram fenômenos de interferência.
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Alocação de canais e reutilização de frequência
A figura representa o reuso de frequência em um grupo de células de telefonia celular.
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Projeto e Escolha de Antenas
A antena é um elemento crítico para o desempenho de um sistema sem fio, pode se tornar um fator determinante do sucesso ou fracasso do projeto de rede wireless.  
Sua principal função é transmitir a energia do meio guiado para o espaço livre e vice-versa, as mesmas não amplificam o sinal, apenas podem direcionar a energia, concentrando ou espalhando-a.
Uma boa prática é evitar equipamentos com antenas embutidas, que normalmente impossibilitam a substituição ou a alteração, bem como antenas externas sem conectores que permitam sua troca.
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Projeto e Escolha de Antenas
A escolha da Antena Wireless, deve ser baseada em alguns fatores:
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Projeto e Escolha de Antenas
Distância
A antena deve cobrir uma distância maior que o necessário pela aplicação, evitando a operação da mesma na sua capacidade máxima.
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Projeto e Escolha de Antenas
Comprimento de onda
O comprimento de onda influencia decisivamente no alcance de um sinal. 
Em geral, quanto mais larga for a onda, mais curta será a área de cobertura, é, entretanto, menos afetada por fatores ambientais, como o vento, que pode afetar negativamente a performance da antena.
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Projeto e Escolha de Antenas
Ganho 
Expresso em dbi. 
É o aumento de sinal após processado por um dispositivo eletrônico. 
Na prática, ganhos maiores revertem em distâncias maiores, contudo maiores distâncias exigem largura de onda menor e margem de erro muito maior. 
Para evitar esses problemas, alguns fatores como vento e prédios existentes no trajeto do sinal devem ser considerados no projeto da rede wireless.
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Projeto e Escolha de Antenas
Aplicação
Tipos de antenas para aplicações wireless: 
• Ominidirecional: cobrem 360º no plano horizontal. Em geral utilizas em estações base, com estações remotas colocadas ao seu redor.
• Direcional: concentra o sinal em uma única direção, com sinais de alcance curto e amplo, ou longo e estreito, utilizada em estações remotas para fazer a comunicação entre estas estações com uma ou mais estações base.
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Projeto e Escolha de Antenas
Projeto de propagação da radiofrequência
A impossibilidade de controlar totalmente o alcance de uma rede sem fio, exige que se empreguem os mecanismos de segurança e controle criados para este tipo de rede.
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Projeto e Escolha de Antenas
Projeto de propagação da radiofrequência
Para se ter uma rede sem fio mais segura, deve-se começar com um bom projeto de propagação da radiofrequência, pois não há sentido em se irradiar sinal para onde não há interesse de cobertura. 
Quando o projeto é de uma rede sem fio ponto a ponto ou ponto a multipontos em área aberta, não se pode fazer muito, mas com projetos em ambientes fechados, o posicionamento dos APs e a utilização de antenas direcionais pode colocar o sinal dentro da área de interesse. 
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Projeto e Escolha de Antenas
Projeto de propagação da radiofrequência
Quando se trata de rede sem fio é impossível confinar o sinal exclusivamente em determinada área, e por isto, é indispensável utilizar dos mecanismos de segurança para evitar invasões.
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Projeto e Escolha de Antenas
Projeto de propagação da radiofrequência
A segurança básica de redes, com ou sem fio, depende de um bom conhecimento de suas vulnerabilidades específicas de cada tipo de rede.
É possível alcançar um bom nível de segurança desde que alguns cuidados sejam tomados.
Deve-se começar com um bom projeto de RF, evitando propagação de sinal para onde não há interesse de cobertura.
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Projeto e Escolha de Antenas
Projeto de propagação da radiofrequência
Mecanismos de Proteção
Desativar o broadcast do SSID
O SSID é um valor com até 32 caracteres que tem por objetivo identificar o ponto de acesso e os computadores ou equipamentos pertencentes à mesma rede. 
Para que um cliente e um AP possam se comunicar, ambos devem pertencer à rede com o mesmo SSID. 
O AP normalmente vem, por padrão, configurado para informar, em intervalos de tempo, o SSID da rede a que ele pertence e isto facilita a descoberta das redes presentes em uma determinada área, deixando-as mais vulneráveis.
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Projeto de propagação da radiofrequência
Mecanismos de Proteção
Habilitar o uso da verificação de endereços MAC dos clientes 
Os APs permitem que se configurem os endereços físicos das placas das estações em uma lista interna com o objetivo de verificá-los nos quadros recebidos e saber se foram enviados por equipamentos não autorizados ou não pertencerem a esta rede.
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Mecanismos de Proteção
Utilizar os mecanismos de criptografia mais novos possíveis e compatíveis por todos os equipamentos que pertencem à rede 
Dê preferência os mecanismos de criptografia na seguinte sequência: 
1º - WPA2 , 
2º - WPA e 
por último o WEP. 
Na impossibilidadedo uso do tipo mais seguro não deixar de utilizar o tipo mais simples que já é melhor que não ter nenhuma segurança.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
As perdas e os ganhos gerados pelas instalações podem ser significativas, o que define a importância e necessidade em calculá-las.
As principais observações quanto ao cálculo destas perdas e ganhos nas instalações físicas – Link Budget - são:
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
O projeto de enlaces deve levar em conta as atenuações introduzidas pelos vários elementos das instalações físicas.
Caso não sejam levadas em conta todas as atenuações, o sinal pode chegar muito fraco no receptor, diminuindo a taxa efetiva de transmissão de dados (ou até mesmo impossibilitando o enlace).
As ações de melhoria, na maioria das vezes, encontram entraves legais e ou orçamentários.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
A distância onde posso chegar e a que taxa de transferência consigo alcançar a essa distância são os dois questionamentos mais comuns em um projeto de redes wireless. 
Se a estimativa da potência recebida é suficientemente grande (tipicamente em relação ao sensibilidade do receptor), o Link Budget é suficiente para enviar dados em perfeitas condições, assim,o projeto é viável.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
 Margin link – é o montante pelo qual a força recebida ultrapassa a sensibilidade do receptor.
 Link budget - é o cálculo final de potência em todo o percurso entre TX e RX, levando em consideração a potência de transmissão, as diversas perdas em equipamentos, ganhos de antena, de amplificadores, e efeitos da propagação. 
Essa análise tem o objetivo de determinar a perda máxima permitida em percurso ou Maximum Allowed Path Loss (MAPL), que permite avaliar o alcance prático.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
Cálculos separados são feitos para downlink e uplink, dada à distinção dos parâmetros de cada sentido de transmissão.
Isso é importante para balancear a potência e minimizar a diferença do alcance entre uplink e downlink.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
Considerações importantes para o link budget são: 
• Potência de saída;
• Largura de banda disponível;
• A sensibilidade do receptor;
• Os ganhos de antena;
• Condições tecnológicas;
• Rádiofrequência;
• Ambiental.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
Os elementos básicos que precisam ser considerados no cálculo de um link budget são:
• Pot_TX: Potência de Transmissão;
• Perdas_TX: Perdas na Transmissão;
• Perdas_RX: Perdas na Recepção;
• Sens_RX: Sensibilidade de Recepção;
• Perdas_Propag: Perdas de Propagação;
• G_Ant_ERB: Ganho da Antena da ERB.
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Cálculo de cobertura (Link Budget)
O sentido de uplink é limitante no estabelecimento de comunicação entre a placa de rede wireless e o equipamento de RF(Access Point). 
Em muitas situações o equipamento é portátil e de baixa potência, impedindo que tenha capacidade de atingir o AP.
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Rede de interconexão dos APs
As redes que interconectam os APs podem ser de dois tipos: cabeadas e não cabeadas (wireless). 
No caso de redes cabeadas, um projeto eficiente de cabeamento estruturado ajuda a interconectar todos os APs de um campus ou edifício. 
Um aspecto importante das redes de distribuição dos APs cabeadas é a possibilidade de Rede de interconexão dos APs utilizar o padrão 802.3af (POE – Power Over Ethernet) para alimentar os APs. 
Isto permite uma instalação com alta disponibilidade (os APs tem alimentação concentrada nos armários de piso) e “limpa”, pois apenas um cabo é necessário.
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Rede de interconexão dos APs
Para a interconexão de várias BSA (Basic Service Area - Área de Serviço Básico), que normalmente eram realizadas com cabeamento, pode ser conectada sem fio com a utilização do WDS - Wireless Distribution System (Sistema de Distribuição Sem Fio).
O WDS permite a movimentação entre as BSAs passando de uma para outra automaticamente como num Roaming de celular.
WDS é um sistema que possibilita a interconexão de access points sem a utilização de um backbone central cabeado, conforme a maioria das implementações
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Rede de interconexão dos APs
Um Access Point pode ser uma base central, de repetição ou remoto. 
Uma base central é tipicamente conectada à rede por fios. Uma base de repetição retransmite dados entre bases remotas e centrais, clientes wireless ou outras bases de repetição. 
Uma base remota aceita conexões de clientes wireless e as repassa para estações centrais ou de repetição. 
Conexões entre clientes são feitas utilizando-se o MAC Address, que se torna melhor que por endereços IP designados.
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Rede de interconexão dos APs
Em uma rede WDS se torna necessário que todas as estações base sejam configuradas no mesmo canal e compartilhem a mesma chave WEP. 
Os roteadores precisam ser configurados para retransmissão entre eles, somente dessa forma a rede WDS funcionará corretamente.
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Limites de uma rede Wi-Fi: geográfico e de usuários
Regra básica-1: 
Quanto mais alta a frequência mais curta a distância de transmissão. 
Novas instalações devem decidir por utilizar novos padrões salvo que tenha muitos equipamentos legados, deve-se ponderar a questão de velocidade x alcance. 
Por exemplo, os sistemas 802.11a possuem taxas de transmissão maiores que os padrões b e g e melhor imunidade, mas como utiliza frequências maiores (5 GHz), o seu alcance  será mais curto. 
Novos projetos com o padrão 802.11n podem resolver alguns destes problemas, mas este padrão ainda não está homologado pela Anatel.
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Limites de uma rede Wi-Fi: geográfico e de usuários
Regra básica-2: 
Quanto mais alta a frequência, mais fácil será interromper o sinal. 
Assim uma análise do ambiente operacional, é fundamental para decidir a utilização.
Cada AP é dimensionado para um número máximo de hosts recomendado pelo fabricante, e o desempenho do sistema é proporcional ao numero de usuários por AP. 
Estude os equipamento com cuidado e muitas vezes, será necessário um numero maior de APs para cobrir uma área, não pela área de cobertura mas devido ao numero de usuários conectados. 
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Ferramentas de análise e dimensionamento
Existem produtos desenvolvidos para dimensionar redes sem fio em ambientes de campus ou mesmo dentro de edificações. 
A Cisco possui o WCS – Wireless Control System que a partir de uma planta baixa do local e as identificações dos tipos de paredes e limites da edificação permite o dimensionamento (quantidade e localização) dos APs.
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Ferramentas de análise e dimensionamento
Durante o site-survey e após a instalação da rede, faz-se necessárioum levantamento em campo para comprovar os resultados previstos no projeto. 
Para este fim, existem equipamentos específicos (analisadores de espectro) ou podemos usar um notebook com um software especifico que configura a placa de rede no modo promiscuo, como o Wireshark, que captura todo tipo de pacote e permite uma análise das frequências e níveis encontrados.
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Resumo da Aula
Nessa aula, você:
Compreendeu os principais aspectos que devem ser considerados na elaboração de um projeto de rede local sem fio.
Compreendeu a necessidade de um site survey (levantamento em campo ) para avaliar as condições de obstáculos a serem encontrados.
Entendeu a alocação dos canais conforme planejamento evitando as interferências.
Escolheu a melhor opção de antenas adequadas ao projeto.
Entendeu a necessidade de ferramenta de teste de verificação.
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