Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho?

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1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores J. N. Fidalgo Projeto FEUP 2014/2015 Armando Sousa & Manuel Firmino Equipa MIEEC01_08 Artur Ribeiro Francisco Vasconcelos Luís Tovar Pedro Ramalho Verónica Meneses Supervisor: Sérgio Cunha Monitora: Inês Machado Vaz Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 1/23

2 Resumo A eduroam é uma rede wireless disponível aos alunos universitários para que estes possam usufruir de uma ligação à internet sem custos e em qualquer parte do Campus Universitário. No entanto, como qualquer outra rede sem fios esta apresenta algumas falhas, quer a nível de cobertura, como de potência de sinal. No âmbito do Projeto FEUP, este trabalho teve como objetivo o estudo da rede eduroam em diferentes locais da FEUP, para que se pudessem localizar certos pontos da faculdade onde a cobertura/potência do sinal são mais fracos. Assim, no final, foi desenvolvida uma explicação para tal acontecimento. Para efetuar as medições foi usada a aplicação WIFI ANALYSER, da qual se retirou screenshots das informações essenciais da rede (access points (AP) ou pontos de acesso e potência do sinal) em diferentes locais. Mais tarde, os resultados foram comparados e reunidos numa tabela no Excel. Das medições e da análise das mesmas, observou-se que em certos edifícios da faculdade, a ligação à rede torna-se mais difícil devido a interferências, ou seja, devido à existência de canais iguais a definirem um AP diferente. Também em certos locais, como em alguns pisos subterrâneos, a cobertura não era suficiente e não foi possível estabelecer a ligação. Desta forma, concluiu-se que a rede eduroam não abrange o Campus Universitário equitativamente, dado à existência de falhas que prejudicam o melhor proveito que se podia retirar do uso da rede. Palavras-Chave Rede Wireless; Eduroam; Access Point (Pontos de Acesso); Potências de sinal; Campus Universitário; FEUP. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 2/23

3 Agradecimentos A nossa equipa quer ao Professor Sérgio Cunha, nosso supervisor, que nos ajudou a compreender o tema e a desenvolver métodos para a realização da investigação, bem como à colega Inês Machado Vaz, nossa monitora, que nos orientou no desenvolvimento deste trabalho de investigação. Queremos agradecer ainda a todos os docentes que estiveram envolvidos nas palestras deste projeto, uma vez que se revelaram um excelente ajuda na realização deste relatório. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 3/23

4 Índice 1. Introdução A história do Wi-Fi Como funciona a rede wireless? Pontos de Acessos Interferências Vantagens e Limitações da rede Wi-Fi Vantagens Limitações Eduroam Investigação e resultados Investigação Resultados Qualidade do sinal Interferências Glossário Conclusão Referências Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 4/23

5 Lista de figuras Figura 1 Exemplo de interferência de um canal adjacente. Figura 2 Exemplo de interferência do mesmo canal. Figura 3 Exemplo de interferência do mesmo canal. Figura 4 Resultado da análise da potência de sinal da rede no piso 3, na zona iii do edifício B. Figura 5 Resultado da análise da potência de sinal da rede no piso 0 no Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores. Figura 6 - Resultado da análise da potencia de sinal da rede em toda a FEUP. Figura 7 Gráfico da classificação do sinal da rede eduroam nos espaços de trabalho da FEUP. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 5/23

6 Lista de Siglas WLAN - Wireless Local Area Network; FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto; WEP - Wired Equivalent Privacy; WPA - Wireless Protected Access; Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 6/23

7 1. Introdução A Internet é uma ferramenta indispensável no quotidiano da sociedade atual, uma vez que disponibiliza uma vasta gama de serviços e recursos de informação, de uma forma rápida e eficaz. A conexão à Internet por meio de cabos gerava alguns inconvenientes, pelo que surgiram as redes sem fios. Nos dias de hoje, estas redes wireless relevam ter uma importância significativa, pois permitem que as pessoas se mantenham conectadas à Internet, mas com maior liberdade de movimento. A pensar na qualidade das redes wireless, neste relatório é feita uma análise à qualidade da rede Wi-Fi nos espaços de trabalho da FEUP. São abordados alguns tópicos relacionados com as redes Wi-Fi, bem como sobre técnicas de amostragem, uma vez que se revelaram uma parte essencial do nosso trabalho. Assim, no final deste relatório tiram-se conclusões, obtendo-se uma resposta à questão inicial. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 7/23

8 2. A história do Wi-Fi A história das redes Wi-Fi é tão longa como a descoberta das ondas rádio. A tecnologia foi evoluindo de forma exponencial até surgir este tipo de rede. Em 1971, um grupo de cientistas da Universidade do Havai criou a primeira rede de área local sem fios, também conhecida como rede WLAN, chamada de ALOHAnet. Esta rede era composta por computadores que comunicavam entre si e foi considerada uma descoberta de elevada importância. Após vários anos de trabalho, a primeira versão do protocolo IEEE foi lançada pela primeira vez em 1997, permitindo o acesso Wi-Fi aos consumidores. Assim, em 1999, depois de algumas atualizações, este tipo de rede tornou-se bastante popular e a marca Wi-Fi Alliance surgiu. A Wi-Fi Alliance promove a tecnologia IEEE e certifica produtos Wi-Fi. Uma vez que esta marca promove a tecnologia IEEE , o termo Wi-Fi é usado frequentemente como sinónimo para esta tecnologia, embora seja o nome da marca. Desde então, a tecnologia deste tipo de rede sofreu uma drástica evolução e, nos dias de hoje, as redes sem fios são cada vez mais usadas. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 8/23

9 3. Como funciona a rede wireless? Com uma velocidade semelhante à Internet por cabo e tendo um vasto e abrangente alcance, é questionável como é que a Internet sem fios funciona de forma tão ou mais eficaz como a que a antecedeu. Também conhecida como tecnologia IEEE , a rede wireless utiliza ondas de rádio. Um adaptador wireless no computador traduz a informação (data) em sinais de radio que são enviados/transmitidos através de uma antena. De seguida, um router recebe o sinal e descodifica-o, enviando a informação para a Internet servindo-se de uma conexão física, por cabo. O processo inverso também se verifica. O router recebe a informação da Internet, traduz essa mesma informação para um sinal rádio que é enviado para o adaptador. Os rádios utilizados na comunicação wireless são muito semelhantes aos rádios de aparelhos (como o walkie-talkie). Ambos têm a capacidade de receber e transmitir ondas rádio assim como converter estas ondas em 0s e 1s e vice-versa. No entanto, diferenciam-se em alguns aspetos. Os rádios wireless transmitem frequências de 2.4 GHz ou 5 GHz que são consideravelmente mais altas que as frequências dos telemóveis e outros aparelhos, que, assim sendo, transportam mais informação. Existem diferentes padrões da tecnologia Os principais são os seguintes são o IEEE a, IEEE b, IEEE g, IEEE n. Estes padrões são usados para frequências diferentes e têm capacidades diferentes. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 9/23

10 3.1 Pontos de Acessos Ponto de acesso é um dispositivo numa rede sem fios que realiza a interconexão entre todos os dispositivos móveis. Está conectado a uma rede de fios que serve como ponto de acesso para outra rede, tal como a Internet. Uma vez que os pontos de acesso ou access points permitem a instalação de uma rede sem fios interligada por vários access points, tornam-se dispositivos práticos, economizando o trabalho da instalação de uma rede de fios numa infraestrutura. A existência de vários pontos de acesso a trabalhar em conjunto, permitem que o acesso à rede seja possível numa área maior. Esta área é subdividida em áreas menores e cada uma é coberta por um ponto de acesso diferente, fazendo com que não haja interrupções quando ocorre uma movimentação entre zonas através de roaming. Assim, o aumento do número de pontos de acesso à rede contribui para um roaming rápido e para um aumento da capacidade global da rede. Inicialmente, para proteger a comunicação dos pontos de acesso com dispositivos móveis era utilizada uma segurança do tipo WEP. Atualmente, este tipo de segurança é facilmente comprometido, como tal foram implementados outros modelos de segurança como o WPA ou o WPA2. Estes, por sua vez são considerados mais seguros, já que implicam o uso de uma senha para que seja feita a conexão à rede. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 10/23

11 3.2. Interferências As interferências que ocorrem na rede wireless dividem-se em duas categorias: Interferências de Canal Adjacente; Interferência de mesmo canal. Interferência de Canal Adjacente Este tipo de interferência ocorre quando dois ou mais pontos de acesso utilizam canais que se sobrepõe e que estão próximos o suficiente para que haja uma interferência. Como se pode verificar na figura 1, ocorre uma interferência deste tipo, pois o ponto de acesso utiliza dois canais demasiado próximos. 1. Figura Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 11/23

12 Interferência de Mesmo Canal As interferências do mesmo canal ocorrem quando, numa determinada área, existe mais que um ponto de acesso a operar no mesmo canal de frequência wireless, estes tem tendência a sobrepor-se, provocando assim uma interferência entre eles. Figura 2. Este tipo de interferência aconteceria, por exemplo, numa casa que possuísse dois andares e que em cada andar existisse o mesmo ponto de acesso a operar no mesmo canal. A figura 3 mostra como aconteceria a interferência no exemplo dado. Figura 3. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 12/23

13 4- Vantagens e Limitações da rede Wi-Fi 4.1 Vantagens As redes sem fios apresentam um vasto conjunto de benefícios, dos quais os utilizadores podem usufruir, como, por exemplo: Não exige uma licença para a sua utilização; Possui uma elevada taxa de transmissão; A sua instalação é feita de um modo rápido, fácil e de baixos custos; O facto de ser fácil de transportar permite um aumento de produtividade das empresas que o produzem; Maior facilidade na conexão, pois, num local de trabalho, não é necessário preocuparse com uma tomada de rede e um cabo para ligar os mesmos ao computador; O preço da conexão por estas redes continua a cair, sendo, por isso, uma das redes que é considerada mais económica e, por isso, mais vendida; A segurança tipo WPA2 é considerada bastante segura. 4.2 Limitações Apesar das inúmeras vantagens, este tipo de rede possui também algumas limitações. Alguns exemplos dessas desvantagens são, entre outros, os seguintes: Muitos administradores pensam que é necessário mais segurança neste tipo de rede, o que os leva a criar paredes protetoras, para poder evitar os ataques de piratas informáticos; Na atualidade os protocolos Wi-Fi ainda são bastantes limitados, uma vez que são usados só para espaços fechados, como por exemplo, faculdades, escritórios, centros comerciais, fabricas, etc.; A segurança das redes Wi-Fi abertas, como os hotspots dos centros comerciais, é bastante baixa, porque atrai bastantes piratas informáticos, que podem roubar a identidade dos utilizadores do tipo de rede. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 13/23

14 5. Eduroam A eduroam é uma implementação utilizada principalmente em instituições universitárias e o seu nome vem das palavras roaming educacional. De facto, a rede eduroam é bastante importante, não só para os estudantes, como também para os professores e outros profissionais que trabalham numa instituição. Esta rede possibilita toda esta comunidade a aceder à internet, tanto como na sua faculdade, como noutras da mesma instituição, através de determinadas credenciais, que são dadas pela faculdade frequentada. É crucial salientar que ao aceder à eduroam, o aluno não gasta qualquer dinheiro. Esta rede é utilizada em vários países e tem como objetivo principal desenvolver as competências educacionais dos estudantes, possibilitando uma conexão à internet para que possam usufruir de todas as vantagens que esta mesma conexão oferece. Hoje em dia, nalguns países, é possível conectar-se a esta rede não só numa determinada instituição como também em certos locais públicos, como, por exemplo, a biblioteca, o aeroporto e edifícios públicos. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 14/23

15 6. Investigação e resultados 6.1. Investigação Com o objetivo de determinar qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP, realizaram-se várias medições dos pontos de acesso bem como da potência de sinal, nos vários espaços de trabalho da FEUP, com a aplicação WiFi Analyzer para Android, de forma a analisar a potência do sinal e as interferências existentes. Esta aplicação permite visualizar as redes sem fios que são detetadas pelos nossos dispositivos, mas também algumas informações adicionais sobre as mesmas. Com esta aplicação é possível realizar site surveys, indicando ao utilizador quais os canais ocupados pelos pontos de acesso detetados. Outras das funcionalidades da aplicação é a capacidade de avaliar a qualidade de sinal de uma determinada rede em dbm. Considerou-se como espaços de trabalho todos os locais da faculdade onde habitualmente os estudantes necessitam de ligação à rede eduroam para estudar ou trabalhar. Assim, foram realizadas medições em todos os edifícios de departamentos (E Departamento de Engenharia Química; F Departamento de Minas e Engenharia Metalúrgica e de Materiais; G e H Departamento de Engenharia Civil; I Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores e de Engenharia Informática e Computação; J Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores; L Departamento de Engenharia Mecânica e de Engenharia Industrial e Gestão; M Departamento de Engenharia Mecânica), na biblioteca, e nas salas de estudo e de computadores do edifício B. Assim, após serem realizadas as medições pretendidas, juntaram-se todos os dados numa tabela do Excel, com a qual foi possível tirar algumas conclusões. Foram feitos também alguns gráficos que permitem chegar à pergunta inicial de uma forma mais clara. Por fim, foram feitos outros gráficos, em que as plantas dos vários locais da FEUP estão sobrepostas a gráficos de interpolação de dados de forma a permitirem uma melhor visualização dos dados recolhidos nas medições realizadas. Os gráficos foram calculados com um programa de análise numérica, que utiliza os dados recolhidos e aproxima os valores de potência de sinal para a zona em causa. Estes Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 15/23

16 gráficos foram sobrepostos aos mapas através do uso de um programa de edição de imagem. Foi utilizada uma escala de cores, em conjunto com linhas de nível, que aumentam a percetibilidade da potência de sinal no edifício. Nesta escala as seguintes cores representam os seguintes intervalos: Azul [-50;-60] dbm; Verde [-61;-70] dbm; Amarelo [-71;-80] dbm; Vermelho [-81;-90] dbm. 6.2 Resultados Qualidade do sinal Após análise das medições, tiraram-se as seguintes conclusões: a potência de sinal é mediana, entre -51 e -75 dbm, em 71,5% dos casos; a potência de sinal é boa, entre -31 e -50 dbm, em 12% dos casos; a potência de sinal é má, entre -76 e -90 dbm, em 16,5% dos casos. A potência de sinal máxima registada foi de -38 dbm, no piso 4 do Departamento de Engenharia Química (edifício E), e a potência de sinal mínima foi de -86 dbm, nos pisos 0 e 1 do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores e de Engenharia Informática e Computação (edifício I). A potência de sinal média ao longo da Faculdade de Engenharia situada no -64 dbm, embora tenha sido encontrado um caso em que não foi detetado qualquer sinal da rede eduroam, no piso -1 do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores e de Engenharia Informática e Computação (edifício I). As figuras 4 e 5 mostram alguns exemplos da potência de sinal em certas zonas da faculdade. Na figura 4 é possível observar-se que a potência de sinal é pouco constante e na figura 5, embora seja um pouco mais constante, é bastante fraca naquela zona. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 16/23

17 Figura 4. Figura 5. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 17/23

18 A figura 6 mostra como varia a potência de sinal em toda a FEUP. Este gráfico foi obtido por uma aproximação de todos os pisos. Figura 6. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 18/23

19 Quanto à qualidade do sinal obteve-se o gráfico que se observa na figura 7. Figura 7. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 19/23

20 6.2.2 Interferências Foram detetados 35 casos de interferências do mesmo canal, mas nenhum caso de interferências de canal adjacente. As interferências do mesmo canal foram detetadas nos seguintes sítios: no piso 2 da zona ii e no piso 3 da zona iii do edifício B; em todos os pisos da biblioteca (edifício C); no piso 0 do Departamento de Engenharia Química (edifício E); no piso 3 do Departamento de Minas e de Engenharia Metalúrgica e de Materiais (edifício F); nos pisos 2 e 4 do Departamento de Engenharia Civil (edifício G); no piso 1 do Departamento de Engenharia Civil (edifício H); nos pisos 0, 2 e 3 do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e Computadores nos pisos 0, 1, 2 e 3 de Engenharia Informática e Computação (edifício I); nos pisos -1 e 3 do Departamento de Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial e Gestão (edifício L); nos pisos 1 e 3 do Departamento de Engenharia Mecânica (edifício M). Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 20/23

21 7. Glossário Roaming Representa a capacidade que um utilizador tem de aceder a uma rede sem fios, ou seja, em áreas fora da localidade geográfica onde está registado numa outra rede. WEP Sistema de segurança de redes wireless de 128 bits. WPA Sistema de segurança de redes wireless com uma encriptação de 256 bits. WPA2 Sistema de segurança de redes wireless mais seguro, com um mecanismo de encriptação que protege qualquer tipo de dados que passe pela rede. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 21/23

22 8. Conclusão Após o estudo e análise dos resultados, conclui-se que a rede eduroam apresenta um funcionamento satisfatório, no entanto ostenta algumas falhas a nível de potência de sinal devido á existência de interferências. Apesar da ocorrência de certas interferências, a qualidade da cobertura Wi-Fi na FEUP não é muito prejudicada, apresentando-se como mediana, ou seja, os utilizadores conseguem tirar o maior proveito da rede eduroam. Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 22/23

23 9. Referências Pinto, Pedro - Wifi Analyzer Descubra redes Wireless com o Android (2010), disponível em: Visitado em 28 outubro Wikipédia Wi-Fi (2014), disponível em: Visitado em 28 outubro LifeStyles A História da Rede Sem Fio (2014), disponível em: Visitado em 28 outubro Battisti, Júlio Redes Wireless Parte XXI (2014), disponível em: Visitado em 29 outubro Brain, Marshall; V. Wilson, Tracy; Johnson, Bernardette. - "How WiFi Works" (2001), disponível em Visitado em 29 outubro Demartini, Felipe - WEP, WPA, WPA2: o que as siglas significam para o seu WiFi? (2013), disponível em: Visitado em 30 outubro Qual a qualidade da cobertura Wi-Fi da FEUP nos espaços de trabalho? 23/23