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Transcrição

1 Introdução aos Sistemas Sem Fio Brasil, 13 de setembro de 2008 Marcelo Peres CREA td

2 Programação Apresentação dos Participantes Sobre o Guia do CFTV Sobre o palestrante Objetivos da Apresentação Conceitos de Página 2

3 O que é Sem Fio? É a tecnologia que permite a comunicação entre dispositivos sem conexões físicas Termo que representa as telecomunicações nas na forma de ondas eletromagnéticas através de um canal de transmissão A maioria dos produtos sem fio usam Rádio Freqüência (RF) Esta presente em grande parte dos equipamentos eletrônicos atuais, É suportada por uma infra-estrutura cabeada Página 3

4 O que é Sem Fio? Sem conexão física direta Meio físico dinâmico Desempenho Confiabilidade Flexibilidade Página 4

5 O que é Sem Fio? Freqüência e Comprimento de Onda Grandeza - Hertz (Hz) e Metros Kilohertz (khz) = 1000 Hz Megahertz (MHz)= 1000 khz Gigahertz (GHz)= 1000 MHz Página 5

6 Espectro Eletromagnético Página 6

7 O que é Sem Fio? As ondas de RF são uma grande faixa do espectro eletromagnético que se estende de 9kHz até 300GHz. Esta dividido em 8 bandas ou faixas Região do Espectro Abreviatura Frequências Comprimentos de Onda Very Low Frequency VLF 9 khz 30 khz 33 km 10 km Low Frequency LF 30 khz 300 khz 10 km 1 km Medium Frequency MF 300 khz 3 MHz 1 km 100 m High Frequency HF 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m Very High Frequency VHF 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m Ultra High Frequency UHF 300 MHz 3 GHz 1 m 100 mm Super High Frequency* SHF 3 GHz 30 GHz 100 mm 10 mm Extremely High Frequency* EHF 30 GHz 300 GHz 10 mm 1 mm * Também chamado de Espectro de Microondas. É uma das faixas mais utilizadas para equipamentos de pequeno e médio alcance Página 7

8 Como funciona? Um sistema sem fio é formado por um receptores (Rx) e transmissores (Tx) Quando é aplicada um sinal de RF (modulado) à antena, é gerado um campo eletromagnético (campo de RF) que permite que as comunicações ou transmissões sem fio sejam efetuadas A antena do receptor é responsável pela aquisição do sinal, que é encaminhado para circuitos de demodulação e posterior decodificação da informação Página 8

9 Como funciona? O Transmissor converte o sinal a ser amplificado e transmitido como um sinal de RF O Receptor recebe o sinal de RF e decodifica a informação recebida Sinal RF TX Transmissor Sinal RF RX Receptor Informação Página 9 Interpretador

10 Como funciona? Transmissor O transmissor converte os sinais a serem transmitidos em ondas eletromagnéticas através de uma antena transmissora, para serem recebidos por um receptor Receptor A função do receptor de rádio é a decodificação dos sinais enviados pelo transmissor, ex. Rádio, TV. Transceptor O transceptor, funciona das duas formas, como transmissor e receptor, alguns exemplos de transceptor são, o telefone celular, os radares nos aeroportos, os equipamentos de comunicações em veículos oficiais, e de empresas particulares. Página 10

11 Tecnologias de Transmissão Comunicação Análogica: Os sinais analógicos são modulados sobre a portadora de RF Comunicação Digital: Os sinais são codificados digitalmente e depois são modulados sobre a portadora de RF, existindo técnicas de checagem e correção de erros, possuindo a possibilidade de recursos mais avançados de aproveitamento do meio Página 11

12 Problemas e Limitações Fatores que afetam drasticamente o alcance: Absorção do sinal Reflexão do sinal Refração do sinal Difração do sinal Níveis de Potência Permitidos pela Legislação Página 12

13 Problemas e Limitações Outro obstáculo é a interferência, que pode causar desde problemas pequenos até a interrupção total do sistema O que é interferência? Exemplo Página 13

14 Problemas e Limitações Tipos de Interferência Interferência de Rádio (RF) Interferência Multi-caminhos Interferência Elétrica Intermodulação Reflexão e Atenuação de Rádio Freqüência Página 14

15 Interferência de Rádio (RF) Interferência de Rádio (RF) Definida como um sinal não desejado que é recebido por um aparelho sem fio que o impede receber os sinais claramente Qualquer aparelho que gera RF, na sua função normal, pode criar interferência de rádio também O sinal que está interferindo não tem que estar na mesma freqüência. Os sinais que estão perto da freqüência do receptor podem também interferir com o receptor Página 15

16 Interferência de Rádio (RF) Possíveis fontes de IRF: AM, ondas curtas, FM e transmissores de TV Rádio amador Controles remotos Telefones sem fio Celulares Página 16

17 Interferência Multi-Caminhos Interferência Multi-Caminhos E uma forma de interferência de RF Acontece quando mais de uma onda de RF do mesmo transmissor alcança o receptor Página 17

18 Interferência Multi-Caminhos O sinal de RF viaja entre a antena de transmissão e de recepção pelo caminho mais direto (A), mas também é refletido (B) por outras superfícies, metálicas ou de outro material Página 18

19 Interferência Multi-Caminhos Quando as diferentes ondas de RF combinamse, causam distorção à onda desejada de RF, o que faz o sinal difícilmente decodificável Página 19

20 Interferência Multi-Caminhos Em situações extremas, a onda de RF refletida (B) é invertida e cancela a onda de RF que veio diretamente (A) Página 20

21 Interferência Multi-Caminhos Para corrigir, simplesmente mexa o transmissor o receptor alguns centímetros Página 21

22 Interferência Elétrica Interferência elétrica E causada por geração de RF, através de centelhamento elétrico ou descarga Qualquer cabo ligado à fonte da centelha conduz RF e atua como uma antena de transmissão Como regra padrão, quanto maior é a quantidade de ruído gerado pelo aparelho, maior é a probabilidade de gerar interferência elétrica Página 22

23 Interferência Elétrica Três tipos de interferência eletromagnética Ruído de RF de equipamentos elétricos Ruído de RF gerado por aparelhos eletrônicos Interferência de fontes naturais, como raios, etc Página 23

24 Esmagamento Acontece quando um sinal de RF mais forte (ex. uma torre de comunicação, estação de Rádio ou TV, etc), cuja freqüência nem sempre está próxima a freqüência do sistema sem fio, gera sinais de banda lateral que se sobrepõe ao sinal gerado gerado pelo sistema sem fio Página 24

25 Intermodulação Acontece quando um sinal forte (ex. uma torre de comunicação), cuja freqüência geralmente não esta próxima a freqüência do receptor sem fio, sobrecarrega o circuito do receptor Página 25

26 Saturação Transmissor muito próximo ao receptor, ocarreta a saturação do circuito de recepção pela elevada potência recebida. Página 26

27 Reflexão e Atenuação de RF Reflexão e Atenuação de Rádio Freqüência Reflexão: Os sinais RF são refletidos numa superfície como a parede ou o chão Atenuação: Quando os sinais de RF passam através de alguns objetos sólidos, uma parte da energia é absorvida. Esse tipo de perda de energia de RF é chamado Atenuação, a qual varia de acordo com a estrutura do objeto Página 27

28 Reflexão e Atenuação de RF A estrutura física do lugar da instalação e os obstáculos do lugar mudam os sinais RF Paredes, portas, andares, elevadores, pessoas e outros obstáculos oferecem diferentes tipos de atenuação e reflexão Isso faz com que o padrão das ondas de RF seja irregular e imprevisível Página 28

29 Reflexão e Atenuação de RF Quando uma onda de RF encontra um obstáculo, algum desses fenômenos acontece: Absorção Reflexão Refração Difração Página 29

30 Reflexão Página 30

31 Refração Página 31

32 Difração Página 32

33 Reflexão e Atenuação de RF Objetos que refletem/atenuam sinais de RF: Objetos metálicos Objeto com estrutura metálica Chão e Paredes Veículos Componentes e Equiamentos Elétricos Árvores: A perda de energia de RF depende do tamanho e do tipo da árvore. Quanto mais densa a folhagem, maior a perda de sinais Página 33

34 Reflexão e Atenuação de RF Paredes: Paredes internas geram menor perda de energia de RF. Paredes externas, especialmente as com chapisco, geram maior perda Chão: chão de madera gera menor perda de energia de RF enquanto que chão de concreto e aço geram maior perda Paredes espelhadas geram perda muito alta de energia de RF porque a superfície refletiva é condutora Página 34

35 Evolução do Sem Fio Padronização Protocolo de Comunicação Transmissão Bidirecional Correção de Erros Segurança na transmissão e recebimento Gerenciamento de conflitos e falhas Necessidade de compartilhamento do canal de transmissão Página 35

36 Classificação, Taxas e Distâncias Página 36

37 Redes Sem Fio Padrões IEEE IEEE WAN 3GPP (GSM). IEEE WirelessMAN ETSI HIPERMAN e HIPERACCESS. IEEE BluetoohPAN ETSI HIPERPAN. IEEE WirelessLAN (WiFi). A, B, G, N, S Página 37

38 Redes Sem Fio Padrões IEEE IEEE a: Padrão Wi-Fi para freqüência 5 GHz com capacidade teórica de 54 Mbps. IEEE b: Padrão Wi-Fi para freqüência 2,4 GHz com capacidade de até 11 Mbps. Este padrão utiliza DSSS (Direct Sequency Spread Spectrum Seqüência Direta de Espalhamento de Espectro) para diminuição de interferência. IEEE g: Padrão Wi-Fi para freqüência 2,4 GHz com capacidade de até 54 Mbps. Página 38

39 Especificações técnicas Norma IEE b/g Freqüência nominal 2,4 GHz Taxa de transmissão entre 2 e 54 Mbps Potência media 50mW Página 39

40 LAN Sem Fio: x a b g n Banda Frequência Taxa de 5GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz/5.8GHz Transmissão Até 54Mbps Até 11Mbps Até 54Mbps Até 108Mbps Situação Disponível Disponível Disponível Draft Fontes de Interferência Dispositivos Hiperlan Telef. Sem Fio Forno Microondas Bluetooth Telef. Sem Fio Forno Microondas Bluetooth Telef. Sem Fio Forno Microondas Bluetooth Página 40

41 Diagrama Espectral As áreas mortas, ou área onde o sinal de RF é fraco ou inexistente, varia de um transmissor para o outro Instalar o transceptor principal o mais centralizado possível ajudará a evitar as áreas mortas Página 41

42 Antenas Externas Parabólica 24dBi Yagi 17dBi Omni-direcional 8 dbi Página 42 Painel Setorial ângulo de 90 o 12 dbi

43 Diagrama Espectral Página 43

44 Troughput Capacidade de Transmissão do Access Point Página 44

45 Segurança na Transmissão WEP Wired Equivalent Privacy WPA1 e WPA2 - Wi-Fi Protected Access Troca de Chaves Periódica, Usar Chaves Longas, Registrar por MAC Address Recepção e Transmissão Confiável de Dados CRC - Algoritmo de Checagem de Redundância Cíclica Redundância de Transmissão Página 45

46 Segurança na Transmissão 1) Troque a senha padrão do Administrador 2) Habilite as opções de Criptografia 3) Altere o SSID padrão 4) Habilite o Filtro de Endereços MAC 5) Desabilite o Broadcast de SSID 6) Configure endereços IP estáticos aos dispositivos 7) Posicione seu Access Point ou Roteador em um local seguro Página 46

47 Aplicações Redes WiFi Interligação de micros sem fio Interligação entre LAN s Internet Predial Voz sob IP usando Wireless CFTV Wireless Conexão de Câmeras IP Link de longa distância Acesso móvel Página 47

48 WAN Rede Sem Fio Página 48

49 Link Longa distância Página 49

50 Roteamento e Wireless Access Point - AP Página 50

54 Especificações técnicas Alcance na solução Outdoor com visada direta: 10Km s/amplificador e até 50Km com amplificador Solução Indoor alcance até 400m Página 54

55 Spread Spectrum Veio como solução para um grande problema: o ruído, que degenera qualquer sinal que esteja perto de sua frequência. Por isso surgiu o Spread Spectrum, que como o próprio nome diz, usa múltiplas frequências da banda para aumentando assim a imunidade ao ruído de uma determinada frequência. Por exemplo, duas estações estão transmitindo ao mesmo tempo. Cada uma pega uma frequência e transmite por certo tempo, mas nunca na mesma frequência ao mesmo tempo. Página 55

56 Técnicas usadas Espalhamento Espectral com : Freqüência Direta (FHSS); Salto de freqüência (DSSS). Página 56

57 CSMA/CA O padrão define uma interface que é compatível com o Ethernet 802.3, chamada de CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance), na verdade uma variação do CSMA/CD usada no Ethernet. O protocolo CD iria requer que os rádios fossem capazes de transmitir e receber ao mesmo tempo, o que aumentaria o custo e a complexidade do equipamento. Além disso, não é sempre que todas as estações estão numa posição tal que é possível enxergar todas as outras estações. Para minimizar essa possibilidade das estações não serem capazes de enxergar umas às outras, o define o conceito de VCS (Virtual Carrier Sense). Página 57

58 VCS Virtual Carrier Sense A estação transmissora primeiramente manda um pequeno pacote chamado RTS (Request to Send) que contém os endereços de origem e destino e também uma estimativa da duração da mensagem. Se o meio está livre, a estação receptora vai responder com um pacote CTS (Clear to Send). Na recepção deste último, a transmissão se inicia. O uso do protocolo CSMA/CA reduz as chances de colisões. Se o meio está ocupado, o transmissor vai fazer um processo de escuta do meio (backoff), semelhante ao CSMA/CD. Página 58

59 Criptografia Cada mensagem é criptografada com um algoritmo padrão chamado PRNG (Pseudo Random Number Generator), que é baseado no algoritmo RSA RC4. Este método é considerado extremamente confiável pois é necessário um grande esforço para quebrá-lo. O fato de cada mensagem conter um novo vetor de inicialização que gera um novo PRNG faz com que fique mais difícil ainda quebrar o código. Página 59

60 Legislação Vigente IEEE (Mundo) Anatel (Brasil) Portaria número 814 do Ministério das Comunicações de 12/07/96 Equipamentos Homologados/Certificados na Anatel Freqüência s/ licenciamento faixas: MHz; 2,4-2,4835 GHz; 5,725-5,850 GHz. Com uso de espalhamento de Espectro. Potência máxima de saída 1 W Página 60