FELIPE BIRIBA DE ALMEIDA

1 UFBA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA FELIPE BIRIBA DE ALMEIDA CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL COM ENFASE EM INFORMÁTICA INDUSTRIAL, INSTRUMENTAÇÃO, CONTROLE E OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS CONTÍNUOS PADRONIZAÇÃO DA COMUNICAÇÃO SEM FIO EM AMBIENTES INDUSTRIAIS ISA SP100 Trabalho final de curso Salvador, 30 de julho de 2009 2009

ii UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL COM ENFASE EM INFORMÁTICA INDUSTRIAL, INSTRUMENTAÇÃO, CONTROLE E OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS CONTÍNUOS PADRONIZAÇÃO DA COMUNICAÇÃO SEM FIO EM AMBIENTES INDUSTRIAIS ISA SP100 Trabalho final de curso Salvador, 30 de julho de 2009

iii UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL COM ENFASE EM INFORMÁTICA INDUSTRIAL, INSTRUMENTAÇÃO, CONTROLE E OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS CONTÍNUOS PADRONIZAÇÃO DA COMUNICAÇÃO SEM FIO EM AMBIENTES INDUSTRIAIS ISA SP100 por FELIPE BIRIBA DE ALMEIDA Monografia submetida ao corpo docente do Instituto de Química da Universidade Federal da Bahia como requisito final para a obtenção do Diploma de Especialização em Automação Industrial com Ênfase em Informática Industrial, Instrumentação, Controle e Otimização de Processos Contínuos BANCA EXAMINADORA Orientador EP / UFBA Banca Examinadora EP / UFBA Salvador, 30 de julho de 2009

iv RESUMO Neste trabalho o autor analisa a atual situação das redes industriais, abordando vantagens e desvantagens da rede sem fio. Aborda o assunto da comunicação sem fio na indústria, detalhando seu funcionamento e esclarecendo alguns mitos que ainda insistem em existir. Esta tecnologia já faz parte da vida cotidiana de todos, mas ainda não é utilizada na indústria devido a alguns mitos / limitações que precisam ser solucionados. A padronização desta comunicação ainda está em andamento, o que dificulta o desenvolvimento ainda maior desta tecnologia. Desta forma abordamos a necessidade desta padronização e detalhamos como está sendo elaborada a Norma que futuramente vai orientar todos os usuários e fabricantes da comunicação sem fio. Esta Norma (SP 100) está sendo elabora da pela ISA, por um Comitê que tem como objetivo estabelecer padrões e recomendações técnicas para melhor utilização desta tecnologia. Palavras chaves: Wireless, Redes Industriais, ISA SP 100, Padronização, Redes Digitais, Redes Sem Fio.

v ABSTRACT In this article the writer describes the actual state of industrial networks, discussing the performances advantages or disadvantages for Wireless Networks. Besides several difficulties regarding Wireless Communication, the theme is described for diverse industrial situations. The Wireless technology is day-by-day concerned for personal users but, for the general industry purposes sites, is not stabilished because of practical limitations to be solutioned. The Wireless standardization for the industry is going on to be developed and, for this reason, difficults the actual state of disponnible techniques. For this reason, the standardization must be appointed in very short time based in norms that will provide all requirement concerning this ones. This norm, named SP100, is being provided by ISA Instrumentation Society of America, by a committee that is looking for a standard stabilishment and technical recommendations for a better technology use. Key Words: Wireless, Industrial Network, ISA SP100, Standardization, Digital Network, Wireless Network

vi LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1 - Principais Configurações de Rede FIGURA 2 - Principais Antenas Utilizadas Em Ambientes Industriais FIGURA 3 - Elementos de uma Instalação Wireless HART Típica (Fonte: WIHart Datasheet) FIGURA 4 - Exemplo da inserção do Wireless HART numa planta que já usa HART[31]. FIGURA 5 - Panorama arquitetônico das normas IEEE 802.X FIGURA 6 Marca da certificação ISA-SP100 [15]. FIGURA 7 - ISA SP 100 busca comunicação com a maioria dos protocolos industriais

vii SUMÁRIO RESUMO ABSTRACT LISTA DE ILUSTRAÇÕES 1. INTRODUÇÃO 8 2. TECNOLOGIA WIRELESS 9 3. CARACTERISTICAS DA COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL 10 4. FUNCIONAMENTO DA REDE DE COMUNICAÇÃO 12 4.1 Antenas 13 4.2 Interligação com redes de comunicação 14 4.3 Espinha Dorsal Universal x Monopropósito 17 5. FAIXAS E CANAIS DE RADIO 18 5.1 O FCC e a ANATEL 18 5.2 Bandas ISM 19 5.3 Bandas UNII 20 5.4 Banda utilizada 21 6. DESAFIOS DAS REDES SEM FIO 22 7. VANTAGENS DA COMUNICAÇÃO SEM FIO 28 8. A PADRONIZAÇÃO 33 8.1 WINA 34 8.2 WIRELESS HART 35 8.3 IEEE 38 9. A NORMA ISA-SP100 41 9.1 Desenvolvimento da Norma 43 9.2 ISA-SP100.11 44 9.3 ISA-SP100.14 45 9.4 ISA-SP100.21 48 9.5 ISA-SP100.11a 48 9.6 ISA100 Wireless Compliance Institute 50 9.7 Aplicação da Tecnologia 51 10. CONCLUSÃO 53 11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 54

8 1. INTRODUÇÃO O intenso avanço tecnológico das últimas décadas e a crescente necessidade de comunicação rápida e eficiente levou ao surgimento da comunicação digital. Do requisito de mobilidade surgiram as redes digitais sem fio. Paralelamente a este avanço, muitas empresas perceberam que a necessidade de agilidade e flexibilidade exigida pelos mercados mundiais pode ser mais bem atendida quando sua estrutura de comunicação é também ágil e flexível. Deste modo, muitas empresas de inúmeros setores têm adotado a comunicação digital sem fio em várias situações. Na área industrial, especificamente nas redes de campo, os últimos anos têm visto um avanço avassalador das redes digitais. Nestas indústrias, a tecnologia digital sem fio também pode ter um papel muito importante, uma vez que elas também precisam de agilidade e flexibilidade para se manter competitivas. Para estas indústrias, duas características da tecnologia sem fio são extremamente desejáveis se inseridas nas redes de campo: maior disponibilidade (uma vez que não possuem cabos para dar problemas e serem trocados) e maior flexibilidade (uma mudança na estrutura física não necessita mudança na estrutura dos cabos). O desenvolvimento, nos últimos anos, dos padrões de comunicação e das aplicações sem fio propiciou a crescente utilização dessas tecnologias em diversas áreas. Nos ambientes industriais, o interesse pela utilização de tecnologias sem fio pode ser comprovado pelo surgimento de vários estudos de viabilidade de implementações [1,2,3]. As tecnologias de comunicação sem fio podem constituir uma solução para vários problemas tradicionais nos ambientes industriais que utilizam sistemas cabeados, acompanhada de uma série de outros benefícios. Os principais benefícios relativos ao uso de comunicações sem fio nos ambientes industriais, dizem respeito aos menores custos de instalação e manutenção, os ganhos em flexibilidade, desempenho, confiabilidade e produtividade [4,5]. Entretanto, devido à alta quantidade de tecnologias e suas potencialidades nos ambientes industriais, muito esforço ainda deve ser demandado no estudo de quais dessas tecnologias de comunicação sem fio existentes podem ser utilizadas de

9 forma adequada, a fim de que os requisitos dos ambientes industriais sejam satisfeitos. Com o objetivo de relacionar as particularidades das comunicações sem fio, as diversas tecnologias disponíveis e os requisitos dos ambientes industriais, a norma ISA-SP100 está sendo desenvolvida. A norma pretende definir uma estrutura sem fio simples, integrada e padronizada para vários tipos de aplicações industriais. Qualquer nova tecnologia passa por um período de sedimentação, durante o qual seus princípios, bem como seus limites e contornos, ficam um tanto nebulosos para o mercado. 2. TECNOLOGIA WIRELESS Esta tecnologia foi criada pela atriz HEDY LAMARR e pelo compositor de vanguarda americano George Antheil, patentearam um método de telecomunicações através do qual se conseguia guiar torpedos através de ondas de rádio que não estariam sujeitos à interferência inimiga. Tal método, usado durante a 2ª Guerra Mundial, recebeu a patente de nº 2.292.387 dos EUA, em 11/08/1942, sob o nome "Sistema Secreto de Comunicações. Rigorosamente falando, uma rede sem fio (do inglês wireless) é um arranjo de comunicação onde os agentes desta comunicação conseguem trocar informações sem a necessidade de serem ligados por fios. Por exemplo, estas estruturas de comunicação podem se utilizar, como meio de comunicação, do ultra-som, infravermelho, das ondas eletromagnéticas etc., para trafegar a informação. Outro fator que aumenta a multiplicidade das redes sem fio é que estas informações podem estar codificadas utilizando um formato digital ou analógico. Há ainda vários tipos e níveis de protocolos de comunicação utilizados pelos agentes desta comunicação. Faz-se necessário perceber que nesta monografia o termo sem fio é usado estritamente no sentido do termo técnico em inglês wireless, portanto não devendo

10 ser confundido com o termo inglês cordless, o qual se aplica a equipamentos que possuem uma fonte de alimentação independente, permitindo assim que ele seja deslocado livremente. Apesar dos equipamentos que são simultaneamente wireless e cordless serem bastante comuns, ex. celular, um equipamento wireless não tem que necessariamente que ser cordless e, vice-versa, um equipamento cordless não tem que necessariamente ser wireless.dentre as opções está-se interessado fortemente nas redes sem fio cuja informação é codificada digitalmente e que usam especificações abertas (de modo que o usuário não fique amarrado ao proprietário da especificação), por exemplo: as especificações do Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE 802.11, IEEE 802.15), ISA SP 100 etc. Dentro destas especificações, dar-se-á maior ênfase àquelas que tiverem maiores aplicabilidades na área industrial. 3. CARACTERISTICAS DA COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL Quando se trata de tecnologia wireless, os usuários querem simplicidade, robustez, orientação para entender esse mundo novo e coexistência entre todos os personagens para conseguirmos o mundo wireless dos nossos sonhos. Apesar de a tecnologia wireless já ter conquistado o seu espaço no mercado industrial, os usuários ainda estão confusos quanto às potencialidades e às ciladas que um mundo wireless pode oferecer. Uma mudança de paradigma precisa ocorrer no âmbito da comunidade de usuários para que eles possam ganhar o mesmo nível de confiança já adquirido em infraestruturas com fio. Os usuários querem um ambiente de atuação em que eles possam alcançar a interoperabilidade e a coexistência em vários níveis. Eles também estão em busca de orientação para gerenciar o espaço wireless, e apesar de eles poderem precisar de algumas soluções especializadas, eles querem uma solução em rede comum que abranja o cenário como um todo.

11 Os usuários sabem que só poderão alcançar o potencial para grandes lucros de produtividade e eficiência tendo a tecnologia wireless como uma opção. A palavrachave é simplicidade. Num primeiro momento, as redes precisam imitar o ambiente com fio. Isso vai facilitar a transição à medida que formos treinando nossos profissionais de primeira linha para usarem essa tecnologia. A próxima questão é o risco. ISA100 definiu casos de uso abordando o ambiente dos dados da planta. Porém, num sistema construído com base em dados coletados de falhas, a tecnologia wireless não tem o pedigree que os sistemas com fio têm. O resto é uma questão de risco gerenciado no processo, e cada usuário vai custar para decidir como vai adotar cada um dos cases de uso. O outro risco é a segurança. Um profissional de TI enxerga a questão da segurança de uma maneira diferente da dos profissionais de redes de sistemas de controle. A combinação das duas definições pode fazer surgir um sinal wireless não determinístico na origem. Agências externas e hackers estão diariamente achando maneiras de se infiltrar nesse sistema aparentemente seguro. Isso dá dinamismo à questão, o que, num ambiente de produção, às vezes é inaceitável. A compatibilidade com as redes com fio também é uma questão a ser levada em conta. Num mundo onde os negócios e as redes de controle são mantidos separados e os dados são cuidadosamente controlados como dados estratégicos ao serem passados deste nível para o nível do controle do negócio, a tecnologia wireless pode abalar esse paradigma; ambas as redes estão compartilhando das mesmas ondas de rádio. Outros obstáculos que atravancam a adoção são os padrões numerosos e conflitantes, nos quais as freqüências são difíceis de entender e gerenciar para o novo usuário.

12 O custo também deve ser levado em conta, pois só a parte de economia de capital é prontamente quantificada. Novas aplicações vão exigir novos estudos para determinar as verdadeiras economias, a eficiência e as melhorias. A orientação vai se tornar um fator importante para o sucesso da tecnologia wireless. Apesar de, hoje em dia, existirem milhões de transmissores inteligentes em plantas, estudos mostram que as informações de diagnósticos ainda estão sendo relativamente subutilizadas. Apesar de a tecnologia wireless poder liberar esses dados represados, basta deixar que os usuários constatem o potencial das informações? Na maioria dos casos, ocorre uma subcompreensão das informações disponíveis e de como nós podemos usá-las. A tecnologia wireless abriu um espaço amplo e nebuloso que ainda traz incertezas aos usuários. Eles estão sendo confrontados com a necessidade de provar a robustez da nova tecnologia em termos que só são compreendidos num ambiente com fio. 4. FUNCIONAMENTO DA REDE DE COMUNICAÇÃO Para podermos implementar os equipamentos com transmissão de sinais sem fio, necessitamos entender os diversos componentes que são necessários, definir suas aplicações, verificar os locais da instalação, avaliar os aspectos de segurança, especificar todos os itens, comparar com as diferentes tecnologias que poderiam ser aplicadas, e detalhar as diversas etapas do projeto de implantação. Um dos principais pontos de um projeto de implantação de uma rede sem fios é quanto a sua topologia e a sua justificativa do ponto de vista de necessidades de comunicação. Temos diversas possibilidades de configuração de redes a serem instaladas em campo, a mais simples é a estrela onde os sinais de envio e recebimento passam sempre por um concentrador; em arvore onde configuramos diversos concentradores conforme as áreas monitoradas, conjunto onde temos diversos

13 concentradores onde cada um deles pode monitorar as mesmas variáveis; e (Mesh) encadeamento onde todos os transmissores são mestres e escravos simultaneamente, esta configuração é a que garante com maior segurança que em caso de interrupção de uma rota de transmissão os equipamentos escolhem uma outra rota aleatoriamente até a confirmação do envio do sinal e seu reconhecimento. Topologia Mesh Topologia Árvore Topologia Estrela Figura 1 Principais Configurações de Rede 4.1 Antenas As antenas são projetadas com cuidado para que uma freqüência particular irradie e receba o sinal de rádio. Sem antenas os dispositivos sem fios gerariam um sinal RF com freqüência tão baixa que não conseguiriam transmitir os sinais medidos. As antenas podem ser montadas diretamente à unidade sem fio, entretanto podem ser montadas normalmente separadas e conectados ao dispositivo pelo cabo coaxial. O cabo coaxial normalmente atenua o sinal do RF, porem não é uma perda significativa do sinal. As antenas são projetadas para focalizar a energia do RF em determinados sentidos, da mesma forma que o foco de uma lanterna direciona o foco de sua lente, no sentido que o projetamos. Na direção que projetamos, a energia do RF é ampliada com um ganho específico (expressado normalmente em db). Em direção ao foco o ganho pode ser elevado normalmente de 5 a 10 db (ou ampliado de 7 a 10 vezes).

14 O ganho de uma antena pode ser usado para compensar a perda em um cabo coaxial, e para aumentar igualmente o poder eficaz irradiado da antena transmissora. Da mesma maneira, as antenas de recepção ampliam o sinal recebido. Assim, as antenas elevam o ganho e têm o mesmo efeito que aumentar a potencia do RF no transmissor, e em melhorar a sensibilidade dos receptores, assim como compensar as perdas pela distância entre as antenas. Parabólicas Internas Unidirecionais Figura 2 - Principais Antenas Utilizadas Em Ambientes Industriais 4.2 Interligação com redes de comunicação Para compormos o sistema de comunicação teremos que definir as redes físicas que irão se comunicar via fiação com os demais equipamentos do sistema de controle e

15 neste item devemos escolher os demais equipamentos das redes e seus protocolos de comunicação. Repetidores de redes são usados para interligar sub-redes idênticas, produzindo basicamente o efeito de uma simples extensão. Eles atuam somente a nível físico, recebendo dados de uma sub-rede, reforçando sinais elétricos e retransmitindo na outra sub-rede. Roteadores são elementos operando ao nível de redes, que se utilizam do endereçamento definido a este nível para transferência e rotear as mensagens de uma rede a outra. Gateways são os elementos de interconexão de concepção mais complexas. Um Gateway, ou porta de ligação, é uma máquina intermediária geralmente destinada a interligar redes, separar domínios de colisão, ou mesmo traduzir protocolos. A sua importância no que diz respeito às necessidades de interconexão é o fato de que nem todas as redes de comunicação implantadas utilizam o mesmo padrão, temos caso de redes proprietárias e padrões de fato. Os concentradores podem ser passivos (HUB s) normalmente não tem inteligência local e atuam como emuladores de barramento. Cada conector do HUB para um nó de rede está isolado galvanicamente de modo que a abertura de uma das linhas não afetam as demais. Os concentradores ativos (SWITCHERS) têm inteligência local e podem chavear mensagens simultaneamente para destinos diferentes em alta velocidade. Permitem uma melhora significativa de desempenho da rede, uma vez que subdividem o sistema em sub redes que podem opera de forma independente. Em geral, hoje em dia as redes sem fio em ambientes industriais do tipo que a ISA está considerando com o seu padrão SP100 deveriam dar suporte para diversas aplicações, como por exemplo:

16 Operador Móvel a possibilidade de dar suporte a um operador de campo munido de um palmtop que está comunicando de volta para um sistema central, normalmente através de WiFi. Rede de Sensores transmissores de campo tipo pressão e temperatura que estão instalados no campo e comunicam de volta para um sistema central, atualmente através de esquemas proprietários. Monitores de Equipamentos do tipo monitor de compressor através de análise de variáveis do tipo vibração que podem tanto comunicar via WiFi quanto através da mesma rede proprietária dos sensores, caso em que seria uma extensão da mesma. Temos em geral, dispositivos de campo que se comunicam de volta com um sistema central digamos um SDCD. O sistema central recebe as informações dos dispositivos de campo através do gateway. Como as distâncias a serem percorridas (entre o campo e central) são às vezes grandes, há então uma malha de cobertura com fio, através da qual os sinais de campo transitam de volta para a central. Normalmente se refere a isto como sendo o backbone espinha dorsal do sistema wireless. E este backbone, diferentemente dos sensores que não têm fio algum, pode ter diferentes graus de fiação, variando de conexões para alimentação ou também conexões de comunicação (fibra ótica, cabo coaxial, etc) ou mesclas de ambos. Configura-se, então, uma situação distinta entre a malha de sensores de campo (sem fio) e a malha (backbone - com fio) e os dispositivos que a compõe que podem ser sem fio ou não. Sendo assim, a solução usando uma rede mista atende a necessidade do cliente da melhor forma.

17 4.3 Espinha Dorsal Universal x Monopropósito A malha de nós, chamada de espinha dorsal, pode ser responsável por múltiplas funções. Além de transitar os sinais dos instrumentos de volta para a central, podem aceitar sinais de diversas outras origens para transitar de volta para o sistema central. Por exemplo, pode-se aceitar os sinais de dispositivos do tipo hand-held e trafegar esses sinais de volta para o central. Pode- se também aceitar sinais de outros instrumentos que utilizam outras bandas de freqüência. Enfim, a espinha dorsal acaba sendo o meio de transporte dos diversos tipos de sinal que compõem um sistema wireless entre o campo e o sistema central. Neste caso, dizemos que a espinha dorsal é universal, e é justamente esta universalidade que a ISA busca padronizar com a SP100. Não há obrigatoriedade de se utilizar uma esquema universal. O próprio Wireless Hart é um exemplo de sistema monopropósito, no qual trafegam apenas os sinais de sensores (instrumentos), não acomodando outros tipos de informação como, por exemplo, WiFi. A grande diferença com os sistemas universais, neste caso, é que o usuário necessitaria implementar e manter sistemas distintos para cada aplicação que precisa. Dependendo do número e da quantidade de dispositivos, bem como das áreas de cobertura que se quer alcançar, a implementação de diversas redes monopropósitos pode representar custos bem superiores quando comparada com os sistemas universais, em termos de número de portais necessários para dar cobertura, custo de manutenção de sistemas distintos e resolução de eventuais conflitos, uma vez que esses sistemas distintos poderão ter que competir pelo mesmo airspace.

18 5. FAIXAS E CANAIS DE RADIO O uso dos dispositivos sem fios é regulado pesadamente no mundo inteiro. Cada país tem um departamento governamental responsável para decidir onde e como os dispositivos sem fios podem ser usados, e em que freqüências de rádio. A maioria de países (mas não todos) alocou partes do espectro para o uso aberto, ou "licençalivre" de uso. A maioria de produtos sem fio para aplicações industriais e comerciais trabalham com faixas estreitas e usam as áreas de licença-livres do espectro, para evitar o atraso, o custo e a trabalheira de obter licenças. As faixas licença-livres são usadas igualmente pelas áreas, Industrial, Cientifica e Medica - ISM Industrial, Scientific & Medical". Em muitos países há diversas faixas do ISM disponíveis, em partes diferentes do espectro. Muitos hardwares relacionados a diversas tecnologias são baseados em padrões, e WLANs (Wireless Local Area Network) não são uma exceção a essa regra. Existem organizações que definem e suportam os padrões que permitem a interoperabilidade entre hardware de diferentes fabricantes. Se as leis e padrões que guiam a tecnologia wireless forem seguidas corretamente pode-se assegurar que qualquer sistema sem fio implementado terá interoperabilidade. 5.1. O FCC e a ANATEL O FCC (Federal Communications Commission) é uma agência governamental independente dos Estados Unidos responsável por criar as regras dentro das quais dispositivos wireless devem operar, determinar em que parte do espectro de radio freqüências estas redes podem operar e em que potência, usando quais tecnologias de transmissão e como e onde várias peças do hardware podem ser utilizadas. No Brasil esta tarefa é executada pela ANATEL (Agência Nacional de

19 Telecomunicações), a qual por razões econômicas e tecnológicas tende a seguir as determinações do FCC. FCC estabelece regras limitando quais freqüências as redes wireless podem usar e a potência de saída em cada uma dessas bandas. O FCC especificou que estas podem usar as bandas ISM, que são bandas não licenciadas. As bandas ISM estão localizadas começando em 902 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz e variam na largura em torno de 26 a 150 MHz. Na implementação de um sistema wireless não licenciado, não há necessidade de requisição à ANATEL no que tange a largura de banda e necessidade de potência para começar a operar. Embora ainda haja limites para a potência de transmissão. Logo, a maior vantagem de uma banda não licenciada é a inexistência do custo com licenciamento, o que permite pequenos negócios implementarem uma rede sem fio e irem crescendo de acordo com a necessidade, fomentando ainda mais o crescimento do mercado wireless. Por outro lado, o fato da banda ser não licenciada possui também uma desvantagem já que vários sistemas wireless podem estar competindo na mesma banda e interferindo entre si. As larguras das faixas dos canais definem com que velocidade as ordens podem ser transmitidas. Quanto maior a faixa de um canal, mais elevada à taxa de transmissão de dados. As faixas de freqüência mais elevadas são mais largas, assim como os canais nestas faixas são igualmente mais largos, permitindo assim as taxas de dados na comunicação sem fio mais elevadas. 5.2. Bandas ISM Conforme dito anteriormente, existem três bandas ISM não licenciadas regulamentadas pelo FCC/ANATEL que as redes sem fio podem usar. As bandas de 900 MHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz.

20 Banda de 900 MHz - É definida na faixa de freqüências de 902 a 928 MHz com largura de 26MHz. Embora esta banda tenha sido usada por wireless, ela tem sido preterida pelas bandas de freqüência mais alta que possuem maior largura de banda. Alguns dos dispositivos que usam essa banda são telefones sem fio e câmeras wireless. Organizações que ainda usam essa banda sofrem com o alto custo de reposição para equipamentos defeituosos. Banda de 2,4 GHz Esta banda é usada por todos os dispositivos compatíveis com 802.11, 802.11b e 802.11g e é a mais popular das 3 bandas descritas. A banda é definida na faixa de freqüências de 2,4 a 2,5 GHz com largura de 100 MHz. Destes 100 MHz entre 2,4 e 2,5 GHz, somente a faixa de 2,4 a 2,.485 GHz tem sido usada por dispositivos sem fio. Banda de 5,8 GHz Esta banda é freqüentemente chamada de banda 5GHz ISM. É definida na faixa de freqüências de 5,725 a 5,875 GHz com largura de banda de 150 MHz. Esta banda não é especificada para uso com dispositivos sem fio, o que tende a fazer alguma confusão. Esta banda sobrepõe parte de uma outra banda não licenciada, a 5GHz UNII, e esta sim, é a que é utilizada pelos dispositivos wireless. 5.3. Bandas UNII As bandas 5GHz UNII podem ser divididas em três bandas com largura de 100 MHz (inferior, central e superior) e são usadas por dispositivos compatíveis com 802.11a. Dentro de cada uma das três bandas há quatro canais DSSS não coincidentes, cada qual separados por 5 MHz. O FCC determinou que a banda inferior deverá ser usada somente para aplicações indoor, a banda central para uso indoor ou outdoor, e a banda superior somente para uso outdoor. Como Pontos de acesso são comumente usados indoor, as bandas de 5GHz UNII permitiriam o uso de 8 APs (Access Points) indoors em canais não coincidentes usando as bandas inferior e central. Banda Inferior A banda inferior vai de 5,15 a 5,25GHz, e de acordo com o FCC, pode ter uma potência de saída máxima de 50mW. Na implementação de

21 dispositivos 802.11a, o IEEE especificou a potência de saída máxima para rádios 802.11a em 40mW (80%), reservando a banda inferior para uso indoor somente. Banda Central A banda central vai de 5,25 a 5,35GHz, de acordo com o FCC, pode ter uma potência de saída máxima de 250mW. O IEEE especificou 200mW para potência de saída. Este limite de potência permite seu uso tanto para aplicações indoor ou outdoor. Normalmente é usado para enlaces outdoor de curta distância envolvendo dois prédios. Para casos de instalações domésticas, tal configuração poderia envolver um link de RF entre uma casa e a garagem ou a casa do vizinho. Devido à alta potência de saída e sua flexibilidade quanto ao uso, produtos que operam nessa banda poderão ter grande aceitação no futuro. Banda Superior A banda superior vai de 5,725 a 5,875GHz e às vezes é confundida com a banda ISM de 5,8GHz, o FCC limita a potência de saída em 1W. O IEEE especificou 800mW para a potência de saída. Seu uso está restrito para aplicações outdoor, exceto em casos de link RF de grande distância. 5.4. Banda utilizada A faixa de 2.4 GHz é razoavelmente universal, com algumas diferenças entre países quanto a itens específicos por exemplo, potência, mas que, em geral, é liberada da mesma forma pelo FCC nos EUA como pela Anatel no Brasil. Essa faixa se estende de 2.4 GHz até 2.483 GHz, ou seja, tem 83 MHz de largura. Devido à liberação da faixa, muitos diferentes tipos de comunicação a utilizam. Por exemplo, é nessa mesma faixa que funciona o WiFi que permite aos computadores operarem sem fio. Conforme for a faixa, pode ser bastante congestionada. Uma das formas de utilização das faixas de 83 MHz é sua a divisão em 16 diferentes canais, cada um com uma largura de 4 MHz. Os dispositivos podem se comunicar livremente em qualquer desses canais. De fato, entre o transmissor e o receptor se estabelece uma seqüência de alternação de freqüência (canais), de forma a tornar a rede mais resistente a interferências e bloqueios (que costumam se concentrar em

22 freqüências específicas e não ao longo do espectro inteiro), e também mais seguro, pois somente o transmissor e receptor sabem qual a seqüência de alternância que será usada (dessa forma, fica difícil para um intruso interromper, captar ou falsear as comunicações). Essa técnica chama-se frequency hopping. Conforme mencionado anteriormente, os 83 MHz costumam ser divididos em 16 canais de 4 MHz cada. Esta é uma forma convencional de usar o air space e é empregada por estratégias do tipo Wireless Hart. Trata-se de uma utilização bastante difundida e pela qual há larga oferta de circuitos integrados e rádios. Como os canais têm 4 MHz de largura, os rádios que praticam o frequency hopping dessa forma são chamados de fat hoppers, pois a largura dos canais é bastante gorda. De fato, não se trata da forma mais eficiente de utilizar o airspace disponível. Existem rádios hoje que conseguem dividir os mesmos 83 MHz em 80 canais de 1 MHz cada. Esses 80 canais costumam ser subdivididos em 4 bandas de 20 canais cada. Os esquemas desse tipo são chamados de narrow hoppers devido à magreza dos canais. Se mantiver todos os parâmetros iguais, um sistema que utiliza um esquema de narrow hoppers tem mais de quatro vezes a capacidade de um de fat hoppers. No entanto, é usual tentar limitar a operação num conjunto de 20 canais. O desempenho, neste caso, é cerca de 20 a 30% maior do que o esquema dos fat hoppers, e se tem ainda cerca de 75% da banda dos 83 MHz livre para outras aplicações. A SP100 da ISA busca comportar o uso de 16 canais de 4 MHz concomitantemente com narrow hoppers de 1 MHz tudo no mesmo air space. 6. DESAFIOS DAS REDES SEM FIO Redes sem fio não substituem redes fixas. A principal vantagem da mobilidade é que o usuário da rede pode estar se movendo. Servidores e outros equipamentos de um CPD devem ter acesso aos dados, mas a localização física do servidor é irrelevante. Portanto, uma vez que os servidores não se movem, eles podem ser conectados a cabos que também não se movem.