Redes de Computadores Carga horária: 80 horas Aula 20 Wireless - Desafios

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1 Redes de Computadores Carga horária: 80 horas Aula 20 Wireless - Desafios Professor Sérgio Teixeira sergio.professor@multicast.com.br Telefone: (27)

2 WIRELESS O MUNDO WIRELESS (redes de acesso) dividido em 4 grandes Grupos : (1) WPAN = Wireless Personal Area Network transmissão de pequenos alcances de metros: Bluetooth (1Mbps), ZigBee e UWB. (2) WLAN = Wireless Local Area Network transmissão de até 300m: Wi-Fi (11Mbps). (3) WWAN = Wireless Wide Area Network - TDMA (9,6 Kbps), CDMA (14,4 Kbps), EDGE, UMTS GSM/GPRS, CDMA xRtt e CDMA xEV-DO (500kbps). (4) WMAN = Wireless Metropolitan Area Network - "4G Proprietário", WiMAX (70Mbps) e Mobile-FI.

3 WIRELESS

4 WIRELESS Mobility Outdoor Indoor Vehicle Walk Fixed Walk Fixed/ Desktop GSM, IS-95, TDMA Wide Area Network - coverage Local Area Network - Hot Spot high speed Wideband Cellular WLAN Bluetooth LAN 0, Personal Area Network - cable replacement Mbps Radio Data Rate

5 WiMesh Desenvolvida pela DARPA ( Defense Advanced Research Projects Agency ) Padrão E Alcance depende da freqüência de utilização ( pode chegar a 150 KM de raio ) Transmissão de Dados depende do padrão utilizado Freqüência de Operação 2,4 GHz (802.11) e entre 10 GHZ e 60 HZ (802.16)

6 Mas o que é WiMesh? União de diversas tecnologias com o objetivo de se criar uma rede fim-a-fim sem a necessidade de conexão com um nó central com as seguintes características : Banda Larga e Suporte IP fm a fim Suporta a transmissão de dados, voz e video Suporte para posicionamento geográfico sem a utilização de GPS Suporte a comunicações móvel, em velocidade de até 400 KM/h A tecnologia Wireless Mesh foi empregada pela área militar dos Estados Unidos

7 Continução... As redes Mesh wireless buscam transportar para o mundo sem fios, o que fez a rede Internet se tornar um dos mais importantes e impressionantes fatos que mudaram o curso da humanidade no final do século passado. COMPARAÇÃO INTERNET Redes Wi-fi

8 Benefícios Uma rede wireless Mesh apresenta diversos benefícios se comparada com uma rede wireless broadband tradicional. Dentre estes benefícios podemos citar: Aumento da distância entre a origem e o destino, sem prejudicar a taxa de transmissão ; Otimização do espectro de freqüências; Não necessidade de linha de visada ; Redução do custo da rede; Redução da necessidade de conexões entre os Access Points e a Internet ; Robustez;

9 Criação de Hot-Zones Aplicações Segurança Pública Sistemas inteligentes de transportes

10 Padronização Atualmente a tecnologia wireless Mesh está sendo desenvolvida por diversas empresas. Estes desenvolvimentos, apesar de serem, em muitos aspectos, aderentes à algumas especificações atualmente utilizadas, como a e , apresentam diversos aspectos particulares e patenteados pelas empresas desenvolvedoras. Existe atualmente um esforço, dentro do IEEE, para a incorporação de especificações de tecnologia Mesh nos diversos padrões. Para isto foi criado, em Janeiro de 2004, um Grupo de Estudos Mesh. Em Março de 2004 durante a reunião plenária do Grupo de Trabalho do IEEE, foi iniciada uma tarefa prevista para ser concluído ao longo dos próximos anos, com o objetivo do desenvolvimento de uma padronização Mesh, dentro do Da mesma forma, os grupos responsáveis pelos outros padrões, tais como o estão iniciando movimentos para promover a padronização da tecnologia Mesh. Muitos porém acreditam que a padronização da tecnologia é uma tarefa monumental, e que, a princípio, não interessa muito às empresas que a desenvolveram, pois as tecnologias desenvolvidas se encontram sob a proteção de patentes.

11 802.11n Tecnologia baseada nos padrões antecessores: a Operação na banda 5 GHz Uso do OFDM Taxa máxima 54 Mbps b Operação na banda de 2.4 GHz DSSS & CCK Taxa máxima de 11 Mbps g Operação na banda de 2.4 GHz OFDM Taxa máxima de 54 Mbps

12 MIMO Multiple Input/Multiple Output Multicaminhos Multiplexação no espaço Divide o fluxo de dados paralelamente Quatro fluxos de dados Necessidade de alinhamento de antena Uso de diversidade espaço, ou seja, múltiplas antenas

13 MIMO Source: Vaughan-Nichols, 2007

14 802.11n - Melhorias Duplica a largura do canal de transmissão 20 MHz para 40 MHz Aperfeiçoamento do padrão a/g Melhorias na modulação OFDM Taxa de codificação e largura de canal maiores 65 Mbps RIFS (Reduced Inter-frame spacing) Menor tempo entre transmissões

15 Padrões IEEE Compatibilidade do Melhorias no desempenho Similaridade entre os padrões a b g n Maximum Data Rate 54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps Modulation OFDM DSSS or CCK DSSS or CCK or OFDM DSSS or CCK or OFDM RF Band 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz or 5 GHz Number of spatial streams to 4 Channel Width 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz or 40 MHz

16 Aplicações do n Aplicação similar aos padrões anteriores, contudo com melhor desempenho Aplicações multimídia Largura de banda e confiabilidade Aplicação no mercado corporativo e doméstico Padrão ainda em maturação no mercado (alguns produtos disponíveis). Time to download 30-minute HD television show

17 WIMAX OqueéWiMAX? Worldwide Interoperability for Microwave Access(Interoperabilidade Mundial para Acesso por Microondas). Trata-se de uma tecnologia de banda larga sem-fio. ÁreadeAplicação Redes Metropolitanas, capaz de atuar como alternativa a tecnologias como cabos telefônicos e cabos coaxiais na construção de redes comunitárias e inclusão digital. Emqualfrequênciaéoperado? Emumaamplafaixadefreqüência de2a66ghz, maisutilizadoentre 2,4 a 3,5GHz.

18 WIMAX

19 WIMAX - Resumo WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Fórum de certificação para interoperabilidade de produtos. Padrão: IEEE Espectro de Frequência: GHz (LoS) Line of Sight 2 11 GHz (NLoS) Non-Line of Sight Tecnologia Última Milha Suporte à comunicação Ponto a Ponto (P2P) Suporte à Qualidade de Serviço (QoS) Tecnologia de Backhaul para Wireless LAN (802.11) Backhaul - Até 50 Km de cobertura Distribuição de 8 à 10 Km de cobertura Compartilha taxa de dados até 75Mbps

20 WIMAX Características Espera-se que os equipamentos Wi-MAX tenham alcance de até 50Km e capacidade de banda passante de até 70 Mbps. Funcionamento O funcionamento é parecido com o do Bluetooth (no ponto de vista de ser transmissão e recepção de ondas de rádio), usado para comunicação entre pequenos dispositivos de uso pessoal, como PDAs, telefones celulares de nova geração, computadores portáteis, mas também é utilizado para a comunicação de periféricos, como impressoras, scanners, etc. O WiMAX opera na faixa ISM (Industrial, Scientific, Medical) centrada em 2,45 GHz, que era formalmente reservada para alguns grupos de usuários profissionais.

21 WIMAX Prós - Diminui custos de infra-estrutura de banda larga para conexão com o usuário final; - Deverá ter uma aceitação grande por usuários; - Possibilitará, segundo a especificação, altas taxas de transmissão de dados; - Possibilitará a criação de uma rede de cobertura de conexão de Internet similar à de cobertura celular, permitindo acesso à Internet mesmo em movimento; - Existe amplo suporte do desenvolvimento e aprimoramento desta tecnologia por parte da indústria.

22 WIMAX Contras - Apesar das muitas iniciativas e pesquisas, essa tecnologia ainda tem um período de maturação a ser atingido; - Pode, em alguns países, haver sobreposição de utilização de freqüência com algum serviço já existente; - Nas faixas de freqüência mais altas existem limitações quanto a interferências pela chuva, causando diminuição de taxas de transferências e dos raios de cobertura.

23 WIMAX O WiMAX atualmente possui os padrões: - O Nomádico IEEE d (ratificado em Junho de 2004) é o padrão de acesso sem fio de banda larga fixa (também conhecido como WiMAX Fixo) e teve os primeiros equipamentos homologados em Janeiro de 2006 pelo laboratório espanhol Cetecom. - O Móvel IEEE e (ratificado em Dezembro de 2005) é o padrão de acesso sem fio de banda larga móvel - WiMAX Móvel (assegurando conectividade em velocidades de até 100 km/hora). A grande diferença entre o WiMAX "Nomádico" (ou Fixo) e o Móvel é que o primeiro é apenas portátil (não comuta não possui handoff - entre ERBs em altas velocidades) e o segundo é móvel (comuta possui handoff - entre ERBs em velocidades de até 100 Km/h).

24 WIMAX - Entidades Clientes CPE Acesso Fixo PC Card Acesso Nomádico IEEE IEEE802.16e

25 WIMAX - Mobilidade/Portabilidade

26 Topologia WIMAX Backhaul Distribuição

27 WIMAX - Propagação LoS Line of Sight (linha de visada) É a forma de propagação em que o sinal viaja sobre um caminho direto e desobstruído do transmissor ao receptor. Um link LoS requer que a primeira zona de Fresnel esteja livre de quaisquer obstruções. A propagação LoS depende da freqüência de operação e a distância entre transmissor e receptor.

28 WIMAX - Propagação nlos near Line of Sight (próximo à linha de visada) É a forma de propagação em que o sinal viaja sobre um caminho direto parcialmente obstruído entre o transmissor e o o receptor. Um link nlos requer a linha de visada direta livre de quaisquer obstruções, mesmo que parte da primeira zona de Fresnel esteja parcialmente bloqueada. A propagação nlos depende da freqüência de operação e a distância entre transmissor e receptor.

29 WIMAX - Propagação NLoS Non Line of Sight (sem linha de visada) É a forma de propagação em que não se requer visada direta para uma comunicação eficiente. Esta técnica utiliza a modulação adaptativa, multi-path, reflexões reforçados por maior potência de transmissão, entre outros recursos que possibilitam a comunicação entre o transmissor e o receptor passando por obstáculos. Sem dúvida alguma é a técnica com menor alcance que a LoS pois parte dos sinais transmitidos são absorvidos ou refletidos pelos obstáculos.

30 BWA Broadband Wireless Access CPE (Modem) Sistema de Antenas LAN ERB Estação Rádio Base

31 WIMAX - Backhaul e Distribuição

32 IEEE Física (PHY) e Enlace Camada PHY e sub-camadas

33 IEEE Camada Física (PHY) Tipos de Mídia Portadora Única Múltiplas Sub-portadoras

34 IEEE Camada Física (PHY) MultiPath Tolerance Transmissão Multi-Percurso Modulação Adaptativa

35 IEEE Camada Física (PHY) Modulação Adaptativa Obrigatório Downlink Opcional UpLink Downlink / UpLink Opcional

36 IEEE Camada Física (PHY)

37 Inovações WIMAX Camada Física -Minimização dos efeitos da propagação multi-percurso com OFDM - Adequação do esquema de modulação à qualidade do link rádio através da modulação adaptativa. -Sub-camada MAC Controle eficaz da qualidade de seviço: - Plano de Controle - controle de admissão - Plano de transporte priorização de tráfego Sub-camada convergência - Interfaces de serviços (padrões): IPv4, IPv6, 802.3, 802.1q, ATM, etc.

38 WIMAX - Características QoS na Sub-Camada MAC

39 Comparãção entre IEEE & IEEE Diferenças técnicas Alcance Aproximadamente 1 km (adicionar AP s p/ otimizar cobertura) Aproximadamente 50 km Células de até 8Km. A PHY tolera Multi Path, Delay por reflexões via implementação do 256FFT vs. 64FFT para Cobertura Geográfica Otimizado para indoor, curto alcance Suporta sistema avançado de antenas e NLOS Outdoor Sistemas é superior, com alto ganho, entrega com alta penetração de obstáculos Escalabilidade Pensada para aplicações LAN, de 1 a 10 usuários por unidade de assinante. Canais Fixos 20MHz Suporta de 1 a centenas de CPE s nº ilimitados assinantes em cada CPE. Canais Flexíveis de 1.5MHz à 20MHz O tipo de MAC é CSMA/CA, enquanto o MAC emprega TDMA Dinâmico Taxa de bit s 2.7 bps por Hz no pico de 54Mbps em canais de 20MHz 5 bps por Hz no pico de 100Mbps em canais de 20MHz Modulações superiores com FEC resulta em uso mais eficiente do espectro QoS Não suporta QoS embutido no MAC voz e vídeo e níveis de serviço diferenciados : baseado em contenção MAC (CSMA/CA) basicamente Ethernet : TDMA Dinâmico - MAC com alocação de largura de banda on-demand.

40 WIMAX IEEE

41 WIMAX IEEE802.16e

42 Aplicações WiMAX Fixo (2005) IEEE WiFi Negócios, SME, Acesso SOHO WiMAX PC/PAD móvel Base Station PC Nomádico Acesso Fixo WDSL BB NB or BTS Campus WiFi-Hotspot 2G/3G aeroporto Hot Spots

43 Aplicações WiMax Nomádico (2006/2007) IEEE & IEEE e WiFi Negócios, SME, Acesso SOHO WiMAX Base Station PC/PAD móvel PC Nomádico Acesso Fixo WDSL BB NB or BTS Campus WiFi-Hotspot 2G/3G aeroporto Hot Spots

44 Aplicações WiMax Móvel (2007/2008) IEEE e WiFi Negócios, SME, Acesso SOHO WiMAX Base Station PC/PAD móvel PC Nomádico Acesso Fixo WDSL BB WiFi-Hotspot NB or BTS 2G/3G aeroporto Hot Spots Campus

45 WIMAX Ponto de Acesso Base Station

46 WIMAX - Equipamentos do Usuário CPE Fixo

47 WIMAX - Equipamentos do Usuário PC Card - Móvel

48 WIMAX Entrada de facilidades

49 WIMAX Modelos e Topologias

50 WIMAX TM Forum WIMAX Forum Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum. É um órgão formado pelas principais companhias fabricantes de componentes e equipamentos; com o objetivo de promover e certificar compatibilidade e interoperabilidade de equipamentos wireless de acesso à banda larga que estejam em conformidade com os padrões IEEE TM e ETSI TM HiperMAN TM

51 WIMAX TM Forum Objetivos - Assegurar interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes. - Permitir economias de escala que reduzam o custo do equipamento. - Reduzir o risco de investimento para operadoras e usuários. O WiMax Fórum foi criado em Abril de 2001, em antecipação à publicação das especificações do IEEE GHz. O WiMax Forum está para o , como a WiFi Alliance está para o x.

52 Sistema Celular - AMPS AMPS ( Advanced Mobile Phone System ) desenvolvido nos anos 70; Sistema de telefonia móvel analógico mais bem sucedido; Transmissão de Dados baseadas em áreas adjacentes ( células ); Tipo de Sinal Analógico

53 Sistema Celular- AMPS O sistema foi denominado celular por ser baseado em diversas áreas adjacentes, chamadas células, cada qual coberta por um sistema de radiocomunicação, com potência reduzida e variável e com irradiação tal que sua cobertura é limitada a alguns quilômetros de diâmetro e não há interferência significativa entre as células, permitindo que as freqüências disponíveis venham ser reutilizadas.

54 Sistema Celular- AMPS continuação As estações de rádios que operam nas células são denominadas Estações rádio base- ERB ; Cada uma das ERB s tem um conjunto de canais de rádios ( interfaces aéreas ) que transportam as comunicações de voz ; Todas as ERB s São interligadas a um CCC que tem como função a comutação das chamadas encaminhadas para os terminais móveis. Interação entre componentes básicos dos sistema celular

55 ESTAÇÕES RÁDIO BASE - ERB São estações radiocomunicadoras do sistema celular ; Responsável pela comunicação entre o terminal móvel e CCC ; Sua antenas são omnidirecionais Antena onidirecional baseada em célula ERB As antenas podem prover cobertura de numerosos modos : Omnidirecionais ; Direcionais; Antenas de Setorização ; Antena Drover Remota ( RAD ) Antena de Processo de Sinalização Remota ( ARPS ) O nível de potência variável irradiado pela ERB permite ajustar o tamanho da célula de acordo com a densidade de usuários simultâneos naquela região, assim como também obstáculos pequenos ajudam a fazer subdivisões de células formando micro células ou ainda picocélulas dentro de uma mesma célula

56 SISTEMAS CELULARES DIGITAIS 2G Existem duas tecnologias de interfaces aéreas digitais que foram intensamente usadas pelos provedores de rede celulares, sendo a TDMA e CDMA. TDMA A tecnologia TDMA divide cada canal celular em três ou mais intervalos de tempo Especificado em 1988 Disponibilizado em 1922 Padrões : IS-54 IS - 136

57 CDMA CDMA ( Code Division Multiple Access ) Padrão digital 2G desenvolvido no Estados Unidos ; Utiliza espalhamento espectral SPread Spectrum; Qualcomm é a maior detentora de patentes CDMA ; Importante tecnologia para desenvolvimento do 3G; Cobertura de célula possuem formatos irregulares; Tráfego pode ser dimensionando de acordo com a demanda local;

58 Vantagens com relação ao AMPS Melhoria de tráfego de chamadas por células; Melhoria na qualidade de voz; Redução da incidência de interrupções devido ao problemas de hand-off; Maior sigilo nas comunicações de dados; Simplificação no planejamento de sistemas ; Redução do números de células; Redução da potência irradiada; Redução de interferência de outros dispositivos eletrônicos; Possibilidade de alocação de banda por demanda; Permite a integração de diversas outras plataformas : FDMA/AMPS, DAMPS, GSM, CDMAIS-95 e CDMA2000; Reaproveitamento das partes das redes celulares : CCC, conexão á rede fixa telefônica. BSC, BTS e terminal móvel

59 Características Freqüências suportadas : Banda Celular e PCS/ GSM: 800 MHz, 900 MHz, 1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz e todas as bandas IMT-2000 ( CDMA 2000 ) ; Largura de faixa do canal : 1,25 MHz 54 comunicações simultâneas por canal; Roaming Automático; Sistema de identificação e encriptação; Identificador de chamada - ID; Chamada em espera; Indicador de mensagens recebidas; Voice Mail; Suporte a dados : , Internet, Short Message Service SMS, Paging etc.

60 GSM Padrão de 2G ( segunda geração ) criado na Europa em 89 e comercializado em 92; Faixa de frequência de operação ( inicial ) MHz ( recepção ) e MHZ (transmissão); Faixa de frequência de operação ( expandida ) entre 1800 e 1900 MHz; Transmissão totalmente digital; É um sistema de arquitetura aberta operando em harmonia com diversos equipamentos de fabricantes diferentes ;

61 Arquitetura GSM O sistema GSM possui a seguinte arquitetura : Mobile Station (MS ) Base Station system (BSS) Mobile Service Switching Center ( MSC ) Home Location Register ( HLR ) Visitor Location Register ( VLR ) Authentication Center (AUC ) Equipment Identify Register ( EIR ) Operation and Maintenance Center ( OMC )

62 Serviços AsespecificaçõesdoGSMprocuraram deinícioreproduzirnarede móvel os serviços que estariam disponíveis na rede fixa através da ISDN(Rede Digital de Serviços Integrados) padronizada pela UIT. AestruturaflexíveldoscanaisfísicosdoGSMbemcomoautilização do protocolo SS7 facilitaram a introdução destes serviços que foram divididos nos grupos apresentados a seguir: Bearer Services Teleservices Serviços Suplementares : Serviço deloclaização ; GPRS ; EDGE; 3G;

63 Facilidades e considerações finais Umas das Facilidade mais interessantes do sistema GSM é o uso de cartões inteligentes, que permitem a portabilidade do registro e facilidades configuradas de um usuário de rede de um terminal móvel para outro, ou até mesmo de uma rede para outra. SIM CARDS O GSM é o padrão de sistema celular com mais usuários no mundo e está presente em praticamente todos os países. A presença mundial e o volume de assinantes e redes GSM é o grande trunfo deste sistema pois se traduz em facilidades de roaming e custos mais baixos para a rede e terminais. O GSM foi introduzido no Brasil em 2002 com a licitação pela Anatel das Bandas D e E e está em operação em quase todo o Brasil. Foi adotado também pela maioria das operadoras que migraram dotdma e CDMA.

64 GPRS Considerado um meio de caminho do GSM até 3G; GPRS ( General Packet Radio Service ) Padrão digital 2,5G desenvolvido pelo ETSI ( European Telecommunications Standard Institute ) ; Complemento da Rede GSM para elevação de tráfego de informações; A implantação implica em modificações da infraestrutura instalada; Taxa de transmissão de pacotes de dados até 171,2 Kbps; Largura de faixa 200 KHz

65 EDGE Representa a evolução final de comunicação de dados do padrão GSM; EDGE (Enhanced Data for GSM Revolution) Padrão digital 3G desenvolvido pelo ETSI (European Telecommunications Standard Institute) e ITU (International Telecommunications Union); Utiliza modulação 8PSK; Largura de faixa 200 KHz; Taxa de sinalização de dados transmissão até 59,2 Kbps;

66 Redes UMTS WCDMA/HSPA Em 1989 o ITU (União Internacional de Telecomunicações) apresentou documento sobre o que seria a visão para os sistemas celulares do futuro; A esta visão foi dada o nome de IMT-2000 (International Mobile Telephony), a partir de então, orgãos reguladores, fornecedores e operadoras do mundo inteiro passaram a estudar e propor soluções para que se atingisse os requisitos do IMT e fossem implementados nos sistemas de terceira geração (3G); Foram apresentadas 13 documentos, e 04 propostas foram selecionadas pelo ITU, dentre elas o WCDMA. As especificações técnicas (TS Technical Specifications) da rede UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) são desenvolvidas pelo GPP (Third Generation Partnership Project)

67 Redes UMTS WCDMA/HSPA

68 Principais Serviços 3G Banda larga e Web Móvel Vídeo Call TV Móvel Entretenimento, musicas, jogos E_mail Mobile banking 3G pode fazer pelo acesso à Internet o que o celular pré pago fez pela telefonia no Brasil João Cox Presidente Claro

69 Área de cobertura WCDMA/HSPA WCDMA/HSPA Upgrade to EDGE GSM/GPRS URBANA SUB-URBANA RURAL

70 3G no mundo*: 228 operadoras em 94 países com UMTS 3G no Mundo 207 operadoras (90,7%) em 89 países com HSDPA Download Site UOL 200 KB Download Foto 1 MB 3G / HSDPA 3.6 HSDPA seg HSDPA seg 3G / HSDPA 1.8 3G / UMTS (WCDMA) (e média da banda larga Brasil) Linha discada HSDPA seg UMTS 5 seg Discada 45 seg HSDPA seg UMTS 32 seg Discada 3m 45s * Fonte: GSA Association

71 4G: Evolução em Mobilidade

72 Obrigado e até a próxima aula Redes de Computadores Carga horária: 80 horas Professor Sérgio Teixeira sergio.professor@multicast.com.br Telefone: (27)