As Redes Sem Fio

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1. As Redes Sem Fio de Dados 
No início as redes sem fio foram desenvolvidas para comunicação entre seres 
humanos. O objetivo era permitir a comunicação entre as pessoas. Ao longo do 
tempo estas necessidades se ampliaram com a necessidade da transmissão de 
dados. Interessante notar que mesmo na comunicação de voz já se utiliza a 
comunicação digital. Ou seja, mesmo para transportar informações de voz são 
utilizadas técnicas digitais. Mas a grande mudança de paradigma nas 
comunicações sem fio foi sua adequação à comunicação de dados utilizando a 
pilha de protocolos TCP/IP. Para este tipo de aplicação foram necessárias 
interfaces aéreas adequadas para cada tipo de ambiente. Atualmente mesmo as 
tecnologias que tiveram origem para comunicação de voz, por exemplo, o 
celular, deve que se adaptar à pilha TCP/IP, que é utilizada na Internet. Curioso 
é que o serviço de voz passou a ser simplesmente mais um serviço dentre vários, 
e todos tratados na forma digital. 
 
Para entender cada interface aérea é necessário identificar sua aplicação e o 
propósito para o qual foi criada. Este é um exercício necessário tendo em vista 
a quantidade de novas interfaces aéreas. Neste capítulo são classificadas as 
interfaces aéreas considerando três perspectivas: 
 
• Conceitual 
• Padronização 
• Implementação 
 
Esta visão é importante para entender as aplicações a que se destina cada uma 
destas interfaces, que justifica as tecnologias utilizadas. É comum na mídia 
especializada sentenciar como inadequada uma interface para uma determinada 
aplicação, sendo que na verdade a interface não foi desenvolvida para este 
propósito. Como balizador para a análise é utilizado o trabalho do grupo 802 do 
IEEE. Esta análise dá uma perspectiva histórica do surgimento das interfaces 
sem fio para diversas aplicações. Em seguida são apresentadas as interfaces 
aéreas padronizadas pelo IEEE e também aquelas padronizadas pela ITU, neste 
caso para as redes oriundas dos sistemas celulares. 
 
1.1 Grupo IEEE 802 
O grande grupo de trabalho 802 formado pelo Institute of Electrical and Eletronic 
Engineer criou uma série de padrões para diferentes tipos de aplicações de 
comunicação de rede de dados, tanto por fio quanto sem fio. Este grupo possui 
vários subgrupos de trabalho. O grupo foi formado em fevereiro de 1980, razão 
para o número 802, seno responsável pela difusão da Internet uma vez que 
padroniza as interfaces de rede de computadores. A seguir a descrição do grupo 
de trabalho [IEEE 802]: 
 
“The IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee develops and maintains 
networking standards and recommended practices for local, metropolitan, and 
other area networks, using an open and accredited process, and advocates them 
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on a global basis. The most widely used standards are for Ethernet, Bridging and 
Virtual Bridged LANs Wireless LAN, Wireless PAN, Wireless MAN, Wireless 
Coexistence, Media Independent Handover Services, and Wireless RAN. An 
individual Working Group provides the focus for each area.” 
 
O protocolo TCP/IP não conseguiria a enorme penetração com a Internet se não 
houvesse a padronização das interfaces de rede. O IEEE 802 padroniza as 
camadas física e enlace do modelo OSI, que foi adotada pela pilha TCP/IP que 
passou de 4 camadas para 5 camadas. A próxima figura mostra esta evolução. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um fato a se notar é predominância do padrão a cabo 802.3. Em última análise 
todos os pacotes que trafegam na Internet utilizam este padrão. 
 
A próxima figura apresenta a estrutura do grupo de trabalho 802. Observar na 
figura o grande número de interfaces sem fio para os diversos ambientes. 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 
 
 
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O entendimento do propósito de cada interface criada é importante para o 
entendimento do esquema do mundo das redes de dados sem fio. Adoto aqui a 
classificação do grupo IEEE 802; sem dúvida é a melhor forma de entender e 
classificar as diversas redes sem fio. 
 
1.2 Classificação 
A classificação dos tipos de redes é necessária para utilizar de forma adequada 
cada tipo de rede. Porém, uma questão que deve ficar claro neste ponto é que a 
cobertura estimada de uma rede sem fio depende fortemente dos seguintes 
fatores: 
 
• Potência de transmissão 
• Antena 
• Tipo de ambiente 
 
Portanto, a indicação de distâncias de cobertura que serão mencionadas a seguir 
somente serve de referência e não distâncias efetivas de cobertura. Para 
classificar as interfaces aéreas existem três formas de classificação: 
 
Conceituação – é onde caracterizamos as redes sem fio pelos tipos de 
aplicações. Importante para identificarmos os tipos de meios em que as redes 
vão operar. 
 
Padronização – onde identificamos os grupos de padronização dentro do IEEE 
802. Esta entidade padroniza todos os tipos de redes [sem fio] de comunicação 
de dados. 
Os únicos sistemas não contemplados são aqueles de transmissão de dados de 
geração 2,5G e 3G de sistemas móveis, que atendem aos critérios regionais ou 
da União Internacional de Telecomunicações. 
 
Implementação – onde identificamos os grupos de implementadores, que em 
geral são grupos de empresas que promovem a interoperação entre os sistemas. 
 
A próxima figura apresenta a classificação das interfaces aéreas. 
 
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Figura 1-2 - Classificação 
 
O primeiro aspecto a ser analisado é o conceitual com a definição das redes: 
 
WPAN – Wireless Personal Access Network. Neste tipo de rede se enquadra as 
redes de sensores WSN (Wireless Sensor Network). São redes para cobrir em 
geral pequenas áreas. 
 
WLAN – Wireless Local Area Network. São redes para atender em geral 
ambientes internos. Embora, seja possível sua utilização para ambientes 
externos, porém deve ser avaliado com cuidado este tipo de aplicação. 
 
WMAN – Wireless Metropolitan Area Network. São redes para atendimento de 
redes metropolitanas, em geral para acesso fixo e nômade. 
 
WWAN – Wireless Wide-area Access Network. São as redes que permite 
mobilidade, como sistemas celulares. 
 
WRAN – Wireless Regional Access Network. São redes que pretendem utilizar 
as faixas de frequência utilizadas para outros serviços e que estejam ociosas 
para prover comunicação de dados. Um exemplo é o uso de frequências 
destinadas a canais de TV que não estejam sendo utilizados em uma região. 
Neste caso entra de forma secundária a rede de comunicação. 
 
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Após conceituar os diferentes tipos de redes sem fio é realizado o trabalho de 
padronização por entidades com este propósito. Existem dois grandes órgãos de 
padronização: 
 
• IEEE 802 
• ITU – International Telecommunication Union 
Observar pela figura que o IEEE apresenta soluções de interfaces aéreas para 
todos os tipos de redes. Já a ITU pelo seu histórico de comunicação de voz e 
celular só trabalhou nas interfaces para uso móvel conceituada como WWAN. 
 
1.3 Redes WPAN 
As redes pessoais possuem este nome, pois atende as necessidades pessoais 
com redes de pequeno alcance, porém as principais aplicações não estão 
ligadas a comunicações entre pessoas. Esta tendência é cada vez maior com o 
desenvolvimento de dispositivos para monitoração e controle dos processos. 
 
1.3.1 Conceituação 
Sua principal característica é forma redes com pequena cobertura. Possui 
padrões com características muito distintas entre si, que já foram citados 
anteriormente e serão explicados mais a frente. É o único tipo de rede de dados 
que possui esta característica de diferentes soluções de interface aérea em 
função da diversidade de aplicações. Este tipo de rede tem como características 
básicas: 
 
• Pequeno Alcance; 
• Baixa potência; 
• Baixo Custo; 
• Formação de pequenas Redes; 
• Não utilizada em geral entre pessoas; 
– P2P – Person To Person; 
• As maiores aplicações esperadas são entre máquinas, e entre pessoas e 
máquinas: 
– M2M – Machine To Machine; 
– P2M – Person To Machine. 
 
A classificação de comunicação pessoa a pessoa neste caso não é explorada 
rotineiramente.A comunicação pessoa a máquina é um grande motivador para 
aumentar a flexibilidade de comunicação das pessoas; no entanto, é na 
comunicação máquina a máquina que este tipo de rede tem maior potencial para 
crescimento. São várias as soluções que permitem comunicação entre 
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dispositivos, por exemplo, a monitoração de grandezas através de redes sem fio, 
criando assim as redes de sensores sem fio. 
 
1.3.2 Padronização 
Os tipos de redes WPAN diferem fortemente quanto à forma de criação das 
diversas interfaces [IEEE 802.15]. O grande diferencial está nas aplicações 
absolutamente distintas para cada uma das interfaces criadas: 
 
802.15.1 – padronização do Bluetooth – conexão a baixas taxas, para voz e 
conectividade de dispositivos. 
 
802.15.3 – nova interface para altíssimas taxas que pretende chegar a 1 Gbps 
no futuro. Utiliza tecnologia inovadora denominada Ultra Wide Band. 
 
802.15.4 – padrão para criação de grandes redes flexíveis de monitoração e 
controle de processos, o qual caracteriza redes para sensores WSN – Wireless 
Sensor Network – por exemplo. Este padrão é o que possui maior número de 
subgrupos. Isto indica a grande necessidade da definição de vários tipos de 
interfaces para diferentes aplicações. 
 
802.15.6 – dispositivos de baixo consumo para monitoração de seres humanos. 
 
802.15.7 – visible light communication 
 
Estas redes não guardam qualquer relação uma com a outra, sendo totalmente 
incompatíveis. Existem várias faixas de frequência para operação do padrão, 
tendo como principal a de 2,4 GHz. 
 
1.3.3 Implementação WPAN 
Neste item são tratadas as interfaces WPAN já implementadas e disponíveis no 
mercado. 
1.3.3.1 Bluetooth – 802.15.1 
Padronização do Bluetooth dentro do IEEE 802. O Bluetooth foi criado pelas 
empresas de telefonia da Escandinávia como uma tecnologia para conectividade 
pessoal, como por exemplo, à conexão de voz entre o aparelho celular e o ser 
humano. Também é utilizada para conectividade entre dispositivos formando 
pequenas redes. 
 
O principal objetivo do Bluetooth era a comunicação de voz, já que a princípio 
não existia grande expectativa quanto à transmissão de dados. Esta era uma 
visão centrada nas necessidades de comunicação de voz entre o ser humano e 
os dispositivos. O que proporciona comodidade para o ser humano ao utilizar o 
aparelho celular. Existe também uma questão de saúde com o distanciamento 
do dispositivo de alta potência, que é o celular, da cabeça das pessoas. 
 
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Com a padronização, o escopo de aplicação para comunicação de dados 
também se tornou um alvo para esta tecnologia. O objetivo era a criação de 
piconets para interligar os mais diversos tipos de dispositivos. 
 
As figuras apresentadas a seguir apresentam um pouco da história do nome 
dado a esta interface aérea. 
 
 
O termo Bluetooth é uma referência a um rei da Escandinávia que promoveu a 
união de vários povos daquela região. Da mesma forma, a ideia do termo é a 
união de diversas entidades de mundos diferentes. Esta tecnologia foi 
desenvolvida para conexão de aparelhos celulares com outros dispositivos, mas 
principalmente para a comunicação de voz. Um exemplo claro deste fato é o 
celular no banco do carro e a pessoa conversando via Bluetooth sem precisar de 
contato com o aparelho. 
 
Porém tudo tem um preço. Quando uma tecnologia é desenvolvida para uma 
dada aplicação, fica difícil uma adaptação para outras aplicações. Este é um 
caso típico quando se tenta utilizar esta tecnologia para transmissão de dados. 
 
Aplicações 
 
• Conexão de curta distância 
• Voz e dados 
• E várias outras aplicações de conectividade 
A próxima figura apresenta aplicações típicas do Bluetooth. 
 
 
 
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Existem configurações de topologia interessantes com a interligação de várias 
redes, onde em uma o dispositivo é mestre e em outra é escravo. Em geral 
considerasse a taxa obtida por esta interface como sendo de 750 kbps. Porém, 
esta especificação precisa ser mais bem detalhada, pois atenderia somente um 
sentido da comunicação. A faixa de frequência de 2,4 GHz é utilizada, sendo 
uma banda ISM (Industrial Scentifical and Medical Band), que é livre da 
necessidade de licença. 
 
Na banda ISM, por um lado, existe a vantagem de não ser necessária uma 
licença da ANATEL, por outro lado a questão da interferência é algo a ser levado 
em consideração no projeto. O subgrupo 802.15.2 trata justamente da 
coexistência de redes Bluetooth com redes WiFi. 
 
As características técnicas básicas das redes Bluetooth: 
 
• Redes formadas automaticamente; 
• Redes são chamadas de Piconet; 
• Um dos nós é mestre e os outros escravos; 
• Taxa máxima de 1 Mbps, bruto; 
• Taxa líquida máxima em um sentido por volta de 750 kbps; 
• Forte deterioração de desempenho com a distância; 
• Faixa de operação 2,4 GHz. 
 
Não há necessidade, na forma automática, que o usuário faça qualquer tipo de 
configuração a princípio. Na prática isto não é absolutamente verdadeiro, pois 
podem ser selecionadas algumas características especiais. A rede é formada 
automaticamente com a definição de um mestre e seus escravos. 
 
As piconet teriam distância máxima de 10 metros, sendo um número interessante 
de ficar gravado como a capacidade de cobertura esperada. Porém, dependendo 
do ambiente este número pode mudar relevantemente. Existem experiências 
com alcances de até 100 metros, nesses casos são utilizadas antenas com 
diretividade. 
 
1.3.3.2 UWB –802.15.3 
Redes para altas taxas, principalmente para aplicações de entretenimento e de 
baixo alcance; embora as possibilidades de uso sejam muito grandes. As 
aplicações que exigem este tipo de característica devem ter seus dispositivos 
próximos entre si, uma vez que esta rede possui uma pequena área de 
cobertura. 
 
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Existe uma expectativa do surgimento de vários tipos de redes que vão 
aproveitar as altas taxas, entretanto não há expectativa de sistemas de 
comunicação aplicados a redes de computadores. 
 
Principais características: 
 
• Redes de altas taxas de dados. A proposta é chegar a 1 Gbps no futuro; 
• Motivação: Necessidade de altas taxas e pequeno alcance: 
– 100 Mpbs dentro de 10 metros; 
– 400 Mpbs dentro de 5 metros; 
• Aplicações: dados, TV de alta qualidade, Home Theater; 
• Emprega tecnologia revolucionária denominada UWB – Ultra Wide Band. 
 
Rede bastante específica para aplicações onde é necessária uma alta taxa de 
transmissão com pequeno alcance. Utiliza um novo conceito de transmissão 
através de pulsos bastante estreitos, confundindo-se com ruído. Não possui uma 
faixa definida de operação, e sim uma larga faixa sobrepondo vários outros 
serviços sem afetar o desempenho de outras redes, a princípio. A próxima figura 
mostra um exemplo de pilha de protocolo com a camada de convergência, que 
permite sua utilização para várias aplicações. 
 
 
 
A tecnologia WPAN 802.15.3 utiliza a técnica UWB (Ultra Wide Band) que 
permite altíssima taxa de dados. 
 
Uma das aplicações é a interligação de dispositivos de entretenimento. A 
eliminação de cabos pode trazer novas aplicações. 
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Algumas observações sobre redes UWB: 
 
• Um novo conceito em rede sem fio para banda extremamente larga, sem 
uso de portadora; 
• Definição: qualquer esquema de transmissão que ocupa uma largura de 
faixa maior que 25% da frequência central ou mais de 1,5 GHz; 
• Técnica que utiliza pulsos; 
• Todos os outros sistemas são chamados de faixa estreita; 
• Várias empresas estão investindo nesta nova tecnologia. 
 
A tecnologia pode ser comparada com a técnica utilizada por radar que transmite 
pulsos bastante estreitos. Os dados modulam diretamente o pulso. 
Por ter uma característica de ruído, não afetaria diretamente outros sistemas de 
comunicação; seria como criar um sinal de baixa densidade de potência com 
banda muito larga que apareceria de forma imperceptível para outros sistemas. 
Na utilização desta tecnologia existe a preocupação com a possibilidade de 
interferência.1.3.4 WSN – 802.15.4 
O tipo de rede que o padrão 802.15.4 permite não fica bem caracterizado pela 
sigla WPAN, pois vem sendo empregada mais fortemente em rede de sensores. 
Neste caso a sigla mais apropriada seria WSN (Wireless Sensor Network). 
 
Redes WSN são utilizadas para formação de redes de monitoração e controle 
de processos, que tem como objetivo, as aplicações M2M. As aplicações para 
este tipo de rede são verdadeiramente infinitas, pois o conceito é de estações 
rádio com baixíssimo consumo de bateria, que podem operar por um longo 
tempo sem ter que substituí-las. Vai ser este tipo de rede que será utilizada para 
a criação da Internet das Coisas (IoT). Um objetivo deste tipo de rede é a 
formação de uma malha de elementos, a qual os diversos elementos se 
conectam entre si. 
 
Algumas características básicas: 
 
• Baixo consumo; 
• Baixa taxa (menor que 500 kbps); 
• Topologia reconfigurável; 
• Roteamento de pacotes entre pontos da rede; 
• Faixas de operação: 
– 900 MHz; 
– 2,4 GHz; 
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– Existe intenção de usar outras faixas de frequência mais baixa; 
• Monitoração e controle de processos de qualquer tipo; 
• Grande mudança do paradigma de monitoração e controle de processos 
permitindo a Internet das Coisas 
 
Estas redes possuem a característica de atingir grandes áreas com flexibilidade 
de topologia. Sua principal finalidade seria a monitoração e controle de 
processos. Um dos melhores exemplos é imaginar uma planta industrial com 
vários dispositivos que devem ser monitorados e controlados, e que atualmente 
utilizam redes cabeadas. Em função da dificuldade de cabear estes locais, a 
proposta é criar uma rede sem fio, onde os pontos se conectem entre si formando 
uma grande malha de comunicação. O padrão original oferecia a taxa de 250 
kbps, que é bastante interessante para este tipo de aplicação que, em geral 
necessita de baixas taxas em função dos processos a serem controlados ou 
monitorados. Um exemplo de aplicação interessante seria em um navio que 
possui vários processos distribuídos na embarcação. 
 
O padrão 802.15.4 faz a padronização somente das camadas física e de parte 
do controle de acesso ao meio, o restante ficando a cargo do tipo de aplicação. 
Para as camadas superiores é necessária a definição dos papeis. Um destes 
papéis sem dúvida é a própria pilha de protocolo TCP/IP, como esperado. Para 
outras aplicações é necessário criar camadas diferentes daquelas definidas pela 
pilha TCP/IP, uma vez que esta pilha de protocolo é bastante grande e 
incompatível com rede de sensores, onde se espera a maior aplicação desta 
interface. 
 
Uma pilha de protocolo que implementa as outra funções, além da camada física 
e camada de dados, é o protocolo ZigBee. O termo “ZigBee” representa uma 
aliança de empresas que se juntaram e definiram uma outra pilha de protocolo 
além da pilha TCP/IP, que seria otimizada para aplicações de monitoração e 
controle de processos. A aliança estabeleceu novo padrão de pilha de protocolo 
para atender exigência de baixo consumo. Formação de redes ad-hoc com três 
tipos de elementos: 
 
– Elemento desequipado com baixíssimo consumo para 
acompanhar sensor; 
– Elemento roteador – que faz a conectividade da rede; 
– Elemento coordenador – efetivamente coordena a rede e 
estabelece conexão com a LAN. 
 
1.3.5 Classificação WPAN 
A próxima figura apresenta a classificação das redes WPAN. Observar a 
necessidade para este tipo de rede de diferentes padrões, que possuem 
diferentes aplicações. 
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1.4 WLAN 
São as redes locais sem fio denominadas WLAN (Wireless Local Area Network). 
Esta rede sem dúvida alguma é grande responsável pela enorme expansão das 
redes sem fio, através do WiFi. 
 
1.4.1 Conceituação 
É uma rede que atende ambientes internos com altas taxas de dados e baixa 
velocidade de locomoção, dessa forma é adequada para pessoas caminhando. 
Usa-se técnica de acesso semelhante àquela utilizada pela Ethernet, e se 
beneficia de utilizar faixa de frequência que não necessita de licença de 
operação. Foi fortemente impulsionada pela indústria computacional para 
permitir conexão sem fio entre os dispositivos conectados em rede de 
computadores. Atualmente existem inúmeras aplicações que utilizam este tipo 
de rede em função da proliferação de placas pequenas que podem equipar 
diversos tipos de dispositivos como: placa de rede para computadores, 
monitoração de processos, controle de processos, etc. 
 
1.4.2 Padronização 
Diferentemente das redes WPAN as redes WLAN foram padronizadas com a 
mesma estrutura de protocolos. O que foi aumentando foi a taxa de comunicação 
dos padrões que foram surgindo. A próxima figura apresenta a classificação 
destas interfaces em função dos padrões adotados pelo IEEE. Na figura são 
apenas mencionadas as letras “a”,“b”,“g” e “n” que são das interfaces aéreas. 
Outros grupos com outras letras tratam de outros temas como, por exemplo, o 
grupo “e” que trata de qualidade de serviço. 
 
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Figura 1-3 – Padrão 802.11 e suas implementações 
 
Pela sua simplicidade, este tipo de rede domina as conexões de dados em 
ambientes internos, pela facilidade de uso de redes sem fio se comparado com 
redes com fios. No início do desenvolvimento na década de 90 esta nova 
interface era chamada de Wireless Ethernet. As redes WLAN possuem uma 
forma evolutiva, cujo objetivo maior é aumentar a taxa de transmissão e utilizar 
as faixas de frequência de 2,4 GHz ou 5,4 GHz. 
 
Um fato a se notar que o mesmo protocolo de acesso ao meio foi utilizado desde 
1997 até 2005. Somente em 2005 houve a primeira alteração na MAC (Medium 
Access Control), com a inclusão de qualidade de serviço. 
 
Alguns pontos: 
• Para atendimento local e principalmente em ambientes interiores; 
• Utiliza duas faixas de frequência: 
– 2,4 GHz; 
– 5,4 GHz; 
• Faixas não licenciadas (banda ISM); 
• Comunicação inicial P2M para conexão à Internet; 
• Fortes aplicações: 
– P2M (streaming de vídeo); 
– P2P (VoIP ou melhor VoWiFi ou então WVoIP) 
• Atualmente existem soluções para aplicação M2M 
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A principal finalidade deste tipo de rede de dados sem fio é prover uma cobertura 
de ambientes internos e permitir mobilidade dos dispositivos a baixíssima 
velocidade; sendo aplicável somente a usuários do tipo pedestre se deslocando 
em ambiente indoor com dispositivo portátil como, por exemplo, PDA (Personal 
Digital Assistant). 
 
As faixas de frequência utilizadas são identificadas no espectro como ISM 
(Industrial Scientic and Medical) e a princípio seriam para experimentos e 
equipamentos das áreas industrial, científica e média, que poderiam gerar 
espúrio nestas faixas. Entretanto sua predominante aplicação se dá em sistemas 
de comunicação de dados, notadamente em redes de computadores. Também 
existem outras tecnologias que utilizam esta faixa, como telefones sem fio. 
 
Padrões e faixas atualmente existentes: 
• 2,4 GHz: 
– 802.11 – 1 e 2 Mbps; 
– 802.11b – 1, 2, 5,5 e 11 Mbps; 
– 802.11g – até 54 Mbps; 
– 802.11n – até 600 Mbps 
• 5,4 GHz: 
– 802.11a – até 54 Mbps; 
– 802.11n – até 600 Mbps. 
Observa-se uma fortíssima implementação deste tipo de interface em vários 
tipos de dispositivos como: PDA, telefone sem fio, sistema de som, conversão 
serial WiFi, etc. As estações concorrem entre si para obtenção do canal, o que 
faz com que esta rede apresente uma forte perturbação na sua forma original 
quando usuários com taxas diferentes acessam o mesmo ponto de acesso. Este 
efeito é conhecido como anomalia da MAC. 
 
Outra característica é manter a compatibilidade com os sistemas antigos, o que 
traz, eventualmente, problema de desempenho, como será visto na 
apresentação do padrão 802.11 no Capítulo 8. Por exemplo, redes com interface 
de rede sem fio 802.11g operando com 802.11b, não podem obter taxas tão altas 
quanto aquelas taxas obtidas com redes que possuem somente interfaces de 
rede 11g. 
 
1.4.3 Implementação 
O objetivo da implementação dos padrõesé a criação de um ambiente de 
interoperabilidade, criando uma comunidade multivendor com o selo WiFi. Esta 
sigla significa Wireless Fidelity, e tem o sentido de criar uma comunidade de 
fabricantes na qual os dispositivos podem operar uns com os outros. Nas 
primeiras implementações de redes 802.11, todos os elementos da rede 
deveriam ser do mesmo fabricante. 
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Portanto, o selo WiFi possui como características: 
 
• Nada adianta padrão se não houver interoperabilidade; 
• Um Grupo de empresas se reuniu e criaram o selo WiFi para permitir 
interoperabilidade; 
• Permitiu uma forte penetração em função de utilizar faixas de frequência 
que não necessitam de licença; 
• Produção em massa de dispositivos fazendo o custo baixar de forma 
acentuada. 
O fórum WiFi propôs criar um ambiente com múltiplos fabricantes, permitindo a 
criação de um mercado de massa que fez com que o custo dos dispositivos 
ficasse bastante baixos. A grande penetração se deu em função da não 
necessidade de licença para operar o sistema, uma vez que utiliza faixas de 
frequência em que não necessita autorização do órgão regulador para operação, 
no caso do Brasil, da ANATEL. Entretanto, todos os dispositivos devem possuir 
o certificado da ANATEL, sem o qual não pode operar no Brasil. 
 
1.5 802.16 – WMAN 
São Redes para cobertura de regiões metropolitanas. Principal finalidade seria 
acesso banda larga à Internet. 
 
1.5.1 Conceituação 
Outras redes sem fio de dados foram utilizadas para conectividade em regiões 
metropolitanas, como WLAN e WWAN. Porém, em função das peculiaridades 
das regiões metropolitanas, como baixa velocidade de locomoção e usuários 
espalhados em certa área, o conceito de redes metropolitanas se impôs como 
um tipo de rede com características próprias. 
 
1.5.2 Padronização 
A próxima figura apresenta algumas implementações desta interface aérea. 
 
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Padrão 802.16 e suas implementações 
 
As redes WMAN obtiveram uma evolução para atender várias faixas de 
frequência com características de propagação próprias, e também para usuários 
fixos e usuários com baixa velocidade de locomoção. 
 
A faixa de 2 a 11 GHz tem um papel importante ao propiciar comunicação sem 
a necessidade linha de visada, ao utilizar tecnologias específicas para este fim. 
Principalmente as faixas de frequência de 3,5 GHz e 5,8 GHz já foram 
identificadas em vários países para operação do sistema, por exemplo, Brasil. 
Este padrão tem um grande potencial de utilização para distribuição da Internet 
em redes sem fio. 
 
A componente 16e, que permite mobilidade, representa uma sobreposição às 
redes celulares atualmente implantadas. 
 
Esta tecnologia é tratada por alguns autores como a ruptura com os atuais 
sistemas de distribuição de dados, principalmente para acesso à Internet. Este 
tipo de rede de acesso sem fio vem ganhando importância ao longo do tempo 
para aquelas operadoras que desejam competir pela última milha. Este termo 
“última milha” significa o atendimento a usuários residenciais ou até mesmo 
corporativos. Esta rede poderia competir com soluções ADSL que atendem as 
residências. 
 
 
Algumas características: 
 
• Redes metropolitanas; 
• Forte aplicação é a distribuição de Internet; 
• Capacidade de operar em ambiente sem visibilidade; 
• Altas taxas de transmissão; 
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• Possui evolução em direção à mobilidade até 120 km/h. 
• Tecnologia para operar em ambiente sem linha de visada. Este 
ambiente é denominado NLOS (No Line Of Sight); 
• Utiliza várias técnicas de otimização: 
– Tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division 
Multiplexing); 
– Sub-Canalização; 
– Antenas direcionais; 
– Diversidade; 
– Modulação adaptativa; 
– Técnicas de correção de erro; 
– Controle de potência. 
A técnica de multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) permite 
operar em condições de NLOS, já que não é afetada pelas atenuações seletivas 
em frequências promovidas pelos múltiplos percursos; o que torna eficiente o 
uso do espectro. Os dados são distribuídos em várias portadoras como se 
houvesse uma conversão série para paralelo. Ou seja, se a taxa de chegada for 
R bits por segundo e se utilizar 10 portadoras cada uma, deveria suportar R/10 
bits por segundo, ou seja, cada uma das portadoras moduladas ocuparia um 
décimo da faixa total. 
 
1.5.3 Implementação 
A sigla WiMAX foi criada por um grupo de empresas para permitir interfaces 
WMAN interoperáveis. Tem o mesmo papel já apresentado pelas redes WiFi, 
apresentada anteriormente. 
O WiMAX é uma sigla utilizada para identificar equipamentos que vão interoperar 
entre si, criando um ambiente com vários fabricantes afim de atingir o mercado 
em massa. 
 
Um equipamento para ser WiMAX deve ser submetido a um fórum que verifica 
se o aparelho atende as características do padrão, e assim o equipamento é 
certificado. A entidade que promove esta avaliação do atendimento das 
especificações para interoperabilidade é chamada de WiMax Fórum 
(www.wimaxforum.org.br). Neste site estão disponíveis materiais interessantes 
que descrevem o sistema, e também sobre a implantação pelas operadoras. 
 
1.6 Sistemas Móveis – WWAM 
As redes móveis, comumente conhecidas como redes celulares, são conhecidas 
pela sigla WWAN (Wide Area Wireless Access Network). Os sistemas celulares 
nasceram para permitir a comunicação de voz. Toda a estrutura das redes 
evoluiu a partir da estrutura das redes telefônicas tradicionais. Outra herança das 
redes celulares é permitir a comunicação com alta mobilidade. Na década de 80 
os sistemas celulares instalados atendiam basicamente veículos (tecnologia 
para ser instalada em automóveis). A evolução para redes de dados foi possível 
através de várias adaptações, o que gerou redes de comunicação por pacotes 
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com grande gargalo na interface aérea. Esta limitação fez com que outras 
tecnologias fossem mais vantajosas para tráfego de dados em ambiente interno, 
como por exemplo, as WLAN. 
 
1.6.1 Conceituação 
As redes WWAN são as mais heterogêneas, e possuem várias ramificações em 
função da evolução dos sistemas celulares. Sua principal finalidade é permitir a 
comunicação com altas velocidades de deslocamento, principalmente em 
veículos. Entretanto, este tipo de rede tem sido utilizado também para soluções 
de telemetria de processos que não possuem mobilidade. Um exemplo é a 
monitoração de níveis de tanques de combustível através de modens GPRS. 
Interessante observar que aplicações deste tipo podem ser classificadas como 
WMAN. 
 
1.6.2 Padronização 
O órgão mundial que cuida da padronização das WWAN tem sido 
tradicionalmente a União Internacional de Telecomunicações (ITU) com sede em 
Genebra. Este órgão faz parte do conjunto de órgãos de padronização das 
nações unidas (ONU). Mais de 100 países participam das reuniões da ITU. O 
principal objetivo é criar padrões quem podem ser utilizados em todo o mundo. 
Entretanto, o IEEE grupo 802 também gerou um padrões de mobilidade. Isto 
mostra o enorme potencial deste tipo de rede. 
 
A próxima figura apresenta o conjunto de soluções WWAN. Foram mostradas 
somente as redes que possuem uma interface aérea própria para transmissão 
de dados. 
 
Redes WWAN e suas implementações 
 
As redes WWAN possuem a característica de grande área de cobertura, ou seja, 
áreas interligadas como nas redes celulares. Esta característica é conseguida 
através do mecanismo chamado handoff, no qual o sistema de forma automática 
transfere a comunicação de uma célula para outra com o deslocamento do 
dispositivo. O conceito é diferente daquele utilizado por redes WAN cabeadas, 
onde se espera altas taxas de dados. No caso de redes WWAN a questão é a 
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alta mobilidade em grandes áreas que provoca efeitos de propagação que 
impedem altas taxas, e por conta disso serão as redes com mais baixas taxas a 
serem oferecidas. As redes WWAN podem operar em várias faixas de 
frequência. 
 
Deve-se notar que o padrão 802.16 foi originalmente desenvolvidopara atender 
redes do tipo WMAN. Sua evolução foi no sentido de prover também mobilidade 
a altas velocidades. Esta é uma interessante característica de evolução, na qual 
a interface evolui de fixo para móvel. 
 
A rede 802.20 apresenta uma proposta bastante diferente das redes celulares 
tradicionais sendo considerada puro IP, ou seja, totalmente aderente à pilha de 
protocolo TCP/IP. As redes celulares possuem redes All IP, que significa a 
necessidade de uma camada de adaptação para atender a pilha de protocolo 
TCP/IP. 
 
Portanto, as redes WWAN são empregadas para grandes coberturas. As redes 
celulares atuais são classificadas como de grande cobertura além de permitir 
mobilidade em altas velocidades (acima de 60 km). 
 
A velocidade do terminal faz com que existam fenômenos de propagação que 
dificultam muito a transmissão a altas taxas. Essa tecnologia tem dificuldade 
para competir com tecnologias que foram projetadas para trabalhar em 
ambientes internos; por exemplo, com redes WLAN padrão 802.11, ou até 
mesmo com tecnologias que permitem mobilidade a baixas velocidades (abaixo 
de 60 km/h). 
 
Os sistemas celulares evoluíram com um forte compromisso de prover 
comunicação de voz. Isto criou limitações de taxa e desempenho. 
 
A denominação MobileFi está sendo utilizada para identificar a implementação 
do padrão 802.20. Seu propósito é voltado principalmente para aplicações com 
dispositivos em alta velocidade e utiliza OFDMA (Ortogonal Frequency Division 
Multiple Access). Pretendem utilizar faixas de frequência abaixo de 3 GHz, e 
podem ser utilizadas para acesso fixo. 
 
1.6.3 Implementação 
Algumas características: 
• As redes celulares foram desenvolvidas originalmente para tráfego de 
voz, e com alta mobilidade; 
• Para prover comunicação de dados houve a necessidade de adaptações 
criando a geração 2,5G com as tecnologias: 
– GPRS; 
– 1xRTT; (descontinuado) 
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• A evolução das redes celulares já contempla transmissão de dados, 
porém a baixas taxas (no máximo 2 Mbps), denominada 3G, com as 
tecnologias: 
– EVDO; (descontinuado) 
– UMTS; 
– WiMAX 802.16e 
• Evolução para redes com maior capacidade para transmissão de dados, 
denominadas 3,5G: 
– HSDPA – High Speed Downlink Packet Access; 
– HSUPA – High Speed Uplink Packet Access 
• Proposta de evolução para a quarta geração do sistema UMTS: 
– LTE – Long Term Evolution. 
– WiMAX 802.16m 
 
1.7 Redes Regionais – 802.22 – WRAN 
O espectro radioelétrico é muito mal utilizado, havendo desperdício de grandes 
faixas de frequência. A WRAN é uma nova proposta de rede que sugere utilizar 
faixas de frequência já alocadas para outros serviços licenciados. Um dos 
principais objetivos é utilizar o espectro de televisão tanto VHF quanto UHF. Este 
espectro é bastante ocioso atualmente, e a existência de uma tecnologia que 
otimize sua utilização é de grande interesse. 
 
Algumas características: 
 
• Rádio inteligente; 
• Utilização de faixas de frequência, onde existem serviços autorizados sem 
provocar interferência; 
• Otimiza o uso do espectro eletromagnético. 
Este tipo de rede tem como objetivo otimização do uso do espectro 
eletromagnético. Consiste na criação de uma tecnologia rádio inteligente, que 
consegue detectar se a faixa está, ou não, sendo utilizada antes de colocar o 
sistema secundário para operar, sem causar interferência no serviço principal. 
Ou seja, a comunicação somente se estabelece quando a operação do sistema 
não provocar interferência em sistemas autorizados, também denominados de 
primários. Utiliza o termo Rádio Cognitivo, pela capacidade de avaliar se o 
espectro está em uso na área. 
 
Existe atualmente uma grande ociosidade na utilização do espectro 
eletromagnético, principalmente na faixa onde existe a reserva de uso para 
transmissão de TV. Esta é uma herança do passado quando foi alocado espectro 
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para transmissão de TV; época em que era possível somente via rádio. 
Atualmente existem outras formas de transmissão de TV, como por cabo e via 
satélite. Outra mudança forte é a TV-Digital, que tem como grande vantagem 
colocar 4 canais digitais na mesma faixa onde existira apenas um canal 
analógico. Dessa forma, o espectro vem se tornando ocioso nas faixas de TV em 
VHF e UHF. Uma das propostas da WRAN é utilizar as bandas hoje existentes 
de emissoras de TV, porém sem que seja necessária a atribuição de faixas de 
frequência para este serviço. As redes WRAN não interferem nos serviços 
primários alocados na faixa. A próxima figura apresenta o espectro de TV 
exemplificando a forma como será utilizado o espectro ocioso pelas redes 
WRAN. 
 
 
Aplicação WRAN 
Portanto, a WRAN seria uma rede operando como uma tecnologia para banda 
não licenciada, como a ISM, porém em bandas licenciadas.