Redes Locais sem Fio. O Padrão IEEE
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- Salvador Silva Clementino
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1 Redes Locais sem Fio (Wireless LANs) O Padrão IEEE Um pouco de História 1985 a FCC (Federal Communications Commission) impulsionou o desenvolvimento comercial de componentes wireless LAN, autorizando ousopublico das bandas ISM (Industrial, Scientific, and Medical) a indústria de equipamentos wireless começaram a desenvolver tecnologias de rádios proprietárias; Para evitar a falta de interoperabilidade entre as novas tecnologias o IEEE do 802 criou grupos de trabalho (WGs) para projetar/desenvolver padrões para a rede sem fio; WG 11 (802.11): é o responsável pelo padrão , para as redes locais sem fio; WG 15 (802.15): é o responsável pela padronização de Wireless Personal Area Networks (WPANs); A principal tecnologia atual para WPANs é o Bluetooth. WG 16 (802.16): é o responsável pela padronização das redes metropolitanas sem fio (Broadband Wireless Metropolitan Area Networks ou WirelessMAN) acesso fixo em banda larga;
2 Variações do WLAN: Termo utilizado para definir qualquer um dos seguintes padrões definidos pelo IEEE: IEEE : Taxa nominal 2 Mbps em 2.4GHz. IEEE b Taxa nominal 11 Mbps (*) em 2.4GHz. IEEE a Taxa nominal 54 Mbps em 5 GHz. IEEE g Taxa nominal aprox. 20Mbs em 2.4GHz. IEEE n (em fase de homologação) Taxa 300 Mbps, opera em 2,4Ghz e 5Ghz. usa MIMO (Multiple Input, Multiple Outout), adequado para HDTV (*) Obs: o limite teórico é de aproximadamente 70% da taxa nominal, e a capacidade real não ultrapassa 60% da taxa nominal, 6,6 Mbps Outras Especificações i: também conhecido como WPA2, é um conjunto de padrões e especificações de segurança (evolução do WEP). Usa um sistema de criptografia conhecido por AES Advanced Encryption Standard e: agrega qualidade de serviço (QoS) às redes IEEE , permite a transmissão de diferentes classes de tráfego, e em rajadas h: variante do a regulamenta uso de 5 GHz na Europa. Possui mecanismos: TPC, que permite ajuste a potência do sinal de acordo com a distância do receptor; e DFS, que permite a escolha automática de canal, minimizando a interferência em outros sistemas operando na mesma banda.
3 Topologias do Existem duas formas de organizar as redes WLAN: Ad-hoc: Apenas computadores (2 ou mais) isolados formam uma rede Workgroup. Infraestrutura: Computadores e um Access Point que permite a integração desses computadores com uma rede fixa. Topologia do Ad-Hoc Rede wireless isolada Ad-hoc: Sem estrutura pré-definida. Cada computador é capaz de se comunicar com qualquer outro. Pode ser implementada através de técnicas de broadcast ou mestre escravo. Também chamado de IBSS: Independent Basic Service Set.
4 Topologia do Infraestruturada Linha Física Infra-estrutura: Os computadores se conectam a um Ponto elemento de rede central de denominado access acesso point (AP) Uma WLAN pode ter vários access points conectados entre si através de uma rede física. Funciona de maneira similar as redes celulares. Rede wireless integrada a uma rede física Topologia do Infra-estrutura Basic Service Set (BSS) com apenas um Access Point (AP) e uma Basic Service Area (BSA) BSA BSS AP STA
5 Topologia do Infra-estrutura Extended Service Set (ESS) Sistema de Distribuição (Rede FIXA, cabeamento: Par Trançado, Cabo Coaxial, Fibra optica, Rede wireless.) STA ESS STA STA BSS- A AP Sistema de Distribuição AP BSS-B Servidor WEB Arquitetura Lógica do Apresent. Sessão Transp. Rede MAC LLC DFWMAC (CSMA/CA) PHY Frequency Hopping Direct Infrared Sequence Light
6 Camada Física Três tipos de camada física: 1-FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum): espalhamento de espectro por salto em freqüências; 2 - DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): espalhamento de espectro por seqüência direta; 3 - Infravermelho Todas as camadas físicas do incluem a provisão de um sinal de avaliação de canal livre (Clear Channel Assessment signal - CCA); Este sinal indica o estado atual do uso do meio sem fio. Esse sinal é utilizado pelo MAC para verificar se o meio está livre; Operações da camada Física: Carrier Sense: para determinar o estado do meio; Transmit: para enviar octetos(bytes) dos frames de dados; Receive: para receber octetos do frame de dados; Camada Física - FHSS FHSS Usa a banda ISM de 2.4GHz (2,400GHz até 2,480GHz); Taxas de transmissão: 1Mbps (2Mbps opcional); Transmissão em 79 canais de 1MHz Mínimo de 2.5 hops por segundo (400ms entre cada hop); AP é o mestre e envia periodicamente sinais de controle ( beacons ) para informar as unidades móveis o conjunto de saltos de frequência, Sequência e tempo
7 Camada Física - DSSS DSSS método de espalhamento de espectro, no qual transmissões simultâneas são separadas por um código (chipping code). DSSS também utiliza a banda ISM de 2,4 GHz A taxa básica de 1 Mbps é gerada através de uma modulação baseada em chaveamento de fase (Differential Binary Phase Shift Keying - DBPSK) A taxa de 2 Mbps usa modulação diferencial quaternária por chaveamento de fase (DQPSK); a banda de 2.4GHz é dividida em 14 canais de 22MHz. Canais adjacentes se sobrepõem parcialmente, mas sempre 3 dos 14 canais são totalmente não-sobrepostos. Os dados são enviados por um destes canais de 22MHz sem saltos para outras freqüências. Número de Canais WLAN A faixa de freqüências disponível, GHz (83,5 MHz) permite acomodar até 3 canais WLAN sem sobreposição. Portanto, em um mesmo espaço físico podem ser usados simultaneamente somente 3 canais sem interferência!
8 Camada MAC Principais funções da camada MAC: Controle de acesso ao meio sem fio e junção à rede Implementar mecanismos de gerenciamento; Com apenas tê três canais disponíveis, i um protocolo de controle de acesso ao meio foi definido baseado em funções de coordenação; Uma função de coordenação determina qual estação tem permissão para transmitir e receber dados utilizando o meio sem fio; O IEEE define duas funções de coordenação: Função de Coordenação Distribuida ib id DCF (Distributed ib t Coordination Function) de implementação obrigatória que proporciona uma acesso com contenção; Função de Coordenação Centralizada PCF (Point Coordination Function) de implementação opcional, provê um acesso sem contenção; baseada em prioridades. Camada MAC O acesso utilizando a Distributed Coordination Function - DCF pode ser realizado de duas formas: Um esquema básico usando o CSMA/CA, de implementação obrigatória; Um esquema de acesso opcional que adiciona ao esquema básico o emprego de quadros de pedidos (Request to Send - RTS) e permissões (Clear to Send - CTS) para transmitir;
9 Camada MAC - DCF com CSMA/CA Camada MAC - DCF com CSMA/CA Parâmetros do CSMA/CA: Distributed Inter Frame Spacing 1 (DIFS) espaço entre quadros da DCF, indica o maior tempo de espera para transmitir um quadro; Short Inter Frame Space (SIFS) para transmissão de quadros com respostas imediatas, como ACK ou CTS, que possuem mais alta prioridade; Network Allocation Vector (NAV) o tempo de espera até a próxima tentativa de acesso ao meio Contention Window (CW) mecanismo de espera randômico, entre um CW Min e um CW Max, onde CW Max aumenta exponencialmente com o número de tentativas mal-sucedidas. (1)Intervaloentreoúltimosímbolodoúltimoframeeoiníciodosímbolodopróximo frame.
10 Camada MAC DCF com RTS e CTS Para tratar dos problemas de terminal exposto e escondido: Cada pacote recebido corretamente é verificado pelo receptor. transmissor RTS (Ready to Send) Tamanho do pacote CTS (Clear to Send) Tamanho do pacote receptor Pacote de dados Verifica CRC ACK (Clear to Send) Problema do Nó Escondido A troca de RTS e CTS é feita para evitar colisões entre nós que estão em regiões de cobertura diferente. B recebe quadros de dois diferentes transmissores A e C, porém estes transmissores estão fora de alcance um do outro
11 Camada MAC DCF com RTS/CTS Camada MAC DCF com RTS/CTS Com esse mecanismo (RTS e CTS), colisões só podem acontecer no início (quando RTS está sendo enviado); Uma estação só irá utilizar o RTS na transmissão de quadros com tamanhos maiores > limite, para minimizar o overhead devido às mensagens de controle Caso contrário, utilizará o esquema básico (CSMA/CA); O RTS e o CTS é controlado em cada estação através de um parâmetro configurável chamado de limiar de RTS (RTS threshold ); threshold
12 Camada MAC PCF com Polling No modo PCF o um ponto de coordenação (tipicamente, o AP) controla o acesso ao meio, através de consulta periódica (polling) às estações relacionadas em uma lista de consulta, proporcionando a estas estações uma oportunidade para transmitirem sem contenção; Nem todas estações de um BSS precisam estar na lista de consulta, apenas aquelas que precisam de um serviço sem contenção; O AP divide o tempo de acesso em períodos chamados de superquadros; PCF DCF As duas técnicas (DCF e PCF) devem coexistir Diferentemente da DCF sua implementação é opcional;
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