Session Initiation Protocol 2010 Instituto Politécnico de Leiria Escola Superior de Tecnologia e Gestão Planeamento de Redes Informáticas Elaborado por: Alexandra Monteiro Lisboa Carla Lousã Machado João Carlos Matias [SANTIAGOLITEM.NET] Projecto de estudo, análise e apresentação de uma rede wireless no âmbito da unidade curricular de Planeamento de Redes Informáticas. Sob orientação dos Professores Manuel Pedro e Renato Saturnino.
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Resumo Será a Internet um direito fundamental? Quatro em cada cinco adultos no mundo inteiro consideram que o acesso à Internet é um direito humano fundamental, conclui uma sondagem feita para a BBC em 26 países, no entanto as zonas rurais ou semi-rurais mais afastadas dos grandes centros populacionais são hoje em dia discriminadas pelas operadoras de acesso à Internet devido a factores de origem financeira, uma vez que não existe compensação adequada ao investimento nem uma solução tecnicamente válida que, segundo elas, justifique o empenho. O objecto do presente relatório realizado no âmbito do programa da unidade curricular de Planeamento de Redes Informáticas do curso de Engenharia Informática que decorreu de Março a Junho (2º semestre) do ano lectivo 2009/2010, centralizou-se no trabalho de Engenharia, fundamental para a implementação prática de uma rede sem fios numa freguesia semi-rural do concelho de Pombal rematando a pesquisa, estudo e análise de uma solução completa incorporando também aspectos de investigação sobre as tecnologias emergentes actualmente activas e adequadas à luta contra a exclusão tecnológica nomeadamente no acesso à Internet, a um custo razoável incluindo o estudo da arquitectura, o enquadramento jurídico e a disseminação do espectro electromagnético. Na especificação deste trabalho a freguesia escolhida foi Santiago de Litém. É uma freguesia localizada no interior do concelho de Pombal, a norte do distrito de Leiria. A característica mais evidente é o facto de ser uma freguesia com muitas localidades dispersas, separadas por poucos quilómetros. A finalidade será interligar todas as localidades, possibilitando o acesso à Internet a todos os seus habitantes convergindo o tráfego para onde será completada a ligação. Além do serviço de Internet, outros serviços serão anunciados neste estudo. A implementação, criação, gestão e manutenção da infra-estrutura e do serviço ficará a cabo da Junta de Freguesia. Planeamento Redes Informáticas Índice iii
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Índice Resumo... iii Índice de Figuras... vi Índice de Tabelas... vii Lista de Acrónimos... viii 1 Introdução... 1 1.1 Enquadramento... 1 1.2 Objectivos... 2 2 Análise de Requisitos... 3 2.1 Caracterização da Freguesia... 3 2.2 Caracterização dos requisitos de projecto... 7 2.2.1 Funcionalidades... 7 2.2.2 Serviços... 9 2.2.3 Abrangência... 10 2.2.4 Qualidade... 10 2.2.5 Segurança... 10 2.2.6 Disponibilidade... 10 2.2.7 Escalabilidade... 10 2.2.8 Interoperabilidade... 11 2.2.9 Gestão... 11 2.2.10 Custos... 11 2.3 Identificação das condicionantes... 11 3 Planeamento da Rede... 12 3.1 Modelo de funcionamento... 12 3.2 Arquitectura Lógica... 14 3.2.1 Infraestrutura de Backbone... 15 3.2.2 Diagrama de Cobertura... 16 3.2.3 Interligação das Localidades... 17 3.3 Caracterização dos fluxos individuais... 23 3.4 Dimensionamento dos fluxos agregados... 23 3.5 Cálculos Teóricos... 25 4 Especificação de materiais e equipamentos... 27 4.1 Norma IEEE 802.11n... 27 iv Índice Planeamento Redes Informáticas
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 4.2 Equipamentos... 27 4.3 Orçamento... 30 5 Implementação de Serviços... 33 6 Conclusões... 34 7 Bibliografia... 35 ANEXOS... 36 Planeamento Redes Informáticas Índice v
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Índice de Figuras Figura 1 - Exemplo de uma Arquitectura Lógica de Rede... 2 Figura 2 - Brasão de Santiago de Litém... 3 Figura 3- Localização da Freguesia no Concelho de Pombal... 4 Figura 4 - Mapa da Freguesia de Santiago de Litém... 4 Figura 5 - Estrutura etária da freguesia de Santiago do Litém (segundo censos de 2001)... 5 Figura 6 Dispersão habitacional do centro da freguesia... 5 Figura 7 - Dispersão habitacional de Santiais... 6 Figura 8 - Dispersão habitacional Outeiro da Cruz e Murtais... 6 Figura 9 - Dispersão habitacional Roques, Arneiro do Pisão e Pinhete... 7 Figura 10 Arquitectura Lógica da rede de Santiago de Litém... 14 Figura 11 - Localização dos distribuidores... 15 Figura 12 - Estrutura de Backbone... 16 Figura 13 - Link Arneiro - Pinhete... 17 Figura 14 - Link Murtais - Palmeira... 17 Figura 15 - Link Boldrarias - São Francisco... 18 Figura 16 - Link São Francisco Pinhete... 18 Figura 17 - Link Figueira do Casal - São José... 19 Figura 18 - Link São José Santiais... 19 Figura 19 - Link Santiago - Boldrarias... 20 Figura 20 - Link Santiago - Casal das Freiras... 20 Figura 21 - Link Santiago - Figueira do Casal... 21 Figura 22 - Link Santiago - Macoeira... 21 Figura 23 Link Valada - Boldrarias... 22 Figura 24 Link Valada - Palmeira... 22 Figura 25 - Link Buget (http://www.airspy.com/)... 25 Figura 26 Exemplo de um protector... 28 Figura 27 Exemplo de caixa estanque... 28 Figura 28 Exemplo de cabo PoE... 28 Figura 29 Exemplo de um cabo Pigtail... 28 Figura 30 Exemplo de cabo RF... 29 Figura 31 Exemplo de conectores... 29 Figura 32 Postes em madeira tratada... 29 Figura 33 Exemplo de um Routerboard e um adaptador para norma 802.11n... 30 Figura 34 Exemplo de uma antena planar... 31 Figura 35 Exemplos de uma antena omnidireccional... 31 Figura 36 Exemplo de uma câmara de videovigilância IP wireless... 32 Figura 37 Exemplo de AP cliente... 32 vi Índice de Figuras Planeamento Redes Informáticas
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Índice de Tabelas Tabela 1 - Divisão das PME's por actividade... 8 Tabela 2 - Atributos e necessidades por grupos... 13 Tabela 3 - Caracterização de fluxos de aplicações... 23 Tabela 4 - Dimensionamento de débito de ligações LAN... 23 Tabela 5 - Dimensionamento de débito de ligações WAN... 24 Tabela 6 - Dimensionamento de débito de acesso à Internet... 24 Tabela 7 - Ponto de Distribuição (Router)... 30 Tabela 8 - Link de Distribuição ponto-a-ponto... 30 Tabela 9 - Link de Distribuição ponto-multiponto... 31 Tabela 10 - Vídeo Vigilância... 31 Tabela 11 - Access Point para cliente... 32 Planeamento Redes Informáticas Índice de Tabelas vii
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Lista de Acrónimos AP DHCP DNS FTP HTTP IEEE IPTV IEC ISO JF LRD NAS NAT PoE PME QoS RADIUS VoIP VPN WBL WDS Wi-Fi WLAN Access Point Dynamic Host Configuration Protocol Domain Name Server File Transfer Protocol Hypertext Transfer Protocol Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol TeleVision International Electrotechnical Commission International Organization for Standardization Junta de Freguesia Leiria Região Digital Network Access Server Network Address Translation Power over Ethernet Pequenas e Médias Empresas Quality of Service Remote Authentication Dial In User Voice over IP Virtual Private Network Wireless Banda Larga Wireless Distribution System Wireless Fidelity Wireless Local Area Network viii Lista de Acrónimos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 1 Introdução 1.1 Enquadramento Cada vez mais, considera-se que as infra-estruturas regionais de acesso e partilha de informação, para além de poderem constituir um instrumento de gestão regional e de disponibilização de informação, envolve um complexo sistema de interacções entre infra-estruturas, gestão de conteúdos e a mobilização de comunidades de utilizadores, de uma forma que só poderá ser compreendido em termos de processos graduais de aprendizagem colectiva, particularmente determinados por fluxos de informação complexos. Referimo-nos à necessidade de perceber o território para além da disponibilização de um conjunto de recursos num espaço geograficamente limitado, mas considerando uma visão baseada no conhecimento, o qual é necessariamente cumulativo em natureza A solução para a discriminação tecnológica origina, cada vez mais, o aparecimento de redes sem fios WBL (Wireless Banda Larga), na investigação e capacitação, que permita proporcionar acesso à Internet às populações diferenciadas pela condição de interioridade o que geralmente implica menores esforços na construção de infraestruturas, quando comparado com as tecnologias com fio. Uma rede sem fios refere-se a uma rede de computadores sem necessidade do uso de cabos por meio de equipamentos que usam radiofrequência (comunicação por ondas de rádio) ou comunicação por infravermelhos. Também conhecidas como WLAN s, são especificadas por órgãos internacionais como o IEEE na série 802.11, onde encontramos o tão falado Wi-Fi (802.11b). Apareceu pela primeira vez na década de 1990 e expandiu-se para ser agora uma das tecnologias de ponta no mundo wireless. Estas redes ganharam popularidade pela mobilidade que fornecem aos seus utilizadores e pela facilidade de instalação e uso em ambientes domésticos, empresariais, comerciais, institucionais etc. Planeamento Redes Informáticas Introdução 1
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 1.2 Objectivos O principal objectivo deste projecto consiste no planeamento e implementação de uma rede de dados com acesso à Internet à disposição de todos os habitantes da Freguesia de Santiago do Litém, motivando deste modo a evolução tecnológica, quer por lazer quer a nível profissional. A criação de serviços ou a disponibilização de conteúdos on-line passa a estar disponível a toda a comunidade. De salientar que esta rede tem que ter capacidade para suportar a utilização de serviços emergentes como por exemplo VoIP e IPTV. A realização deste projecto é composta por três etapas fundamentais: Criação de infra-estruturas capaz de fornecer o acesso ao serviço a toda a comunidade, como se pode observar na Figura 1; Configuração dos serviços e aplicações utilizados pela comunidade e garantir o seu acesso tanto à rede interna como o acesso ao exterior (Internet); Criação da infra-estrutura e rede na Junta de Freguesia. A criação de toda a infra-estrutura e a utilização do serviço será gratuita para toda a população da freguesia, tendo apenas o utilizador que adquirir os equipamentos para o acesso à rede por conta própria, sendo o próprio responsável por qualquer dano ou má utilização dos mesmos. Figura 1 - Exemplo de uma Arquitectura Lógica de Rede 2 Introdução Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 2 Análise de Requisitos Este capítulo corresponde à primeira fase do projecto, e podemos distinguir três momentos: Caracterização da freguesia; Caracterização dos requisitos do projecto; Identificação das condicionantes. 2.1 Caracterização da Freguesia Figura 2 - Brasão de Santiago de Litém A Freguesia de Santiago de Litém é uma freguesia do Concelho e Comarca de Pombal, distrito de Leiria e diocese de Coimbra. Situa-se na margem direita do rio Arunca. Ocupa uma área de cerca de 30,8 Km2 a sul, fica enquadrada de forma aproximada a 39º51 Norte e a 8º36 Oeste. Tem uma densidade populacional de cerca de 82,9 hab/km2 num total de 2550 habitantes. A nível territorial é um local com bastantes montes e vales. De um extremo ao outro tem cerca de 16 km por via rodoviária. Como se pode ver na Figura 3 Planeamento Redes Informáticas Análise de Requisitos 3
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Figura 3- Localização da Freguesia no Concelho de Pombal Sendo uma freguesia de cariz essencialmente rural as suas principais actividades económicas são: a agricultura de subsistência, indústria extractiva de barro vermelho, lagares de azeite, serração e polimento de mármores, construção civil, madeiras, panificação, pecuária, comercialização de materiais de construção e pequeno comércio de retalho. Figura 4 - Mapa da Freguesia de Santiago de Litém 4 Análise de Requisitos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] A população da Freguesia de Santiago de Litém divide-se pela seguinte estrutura etária: 100 e mais anos 90-94 anos 80-84 anos 70-74 anos 60-64 anos 50-54 anos 40-44 anos 30-34 anos 20-24 anos 10-14 anos 0-4 anos Mulheres Homens 0 20 40 60 80 100 120 140 Figura 5 - Estrutura etária da freguesia de Santiago do Litém (segundo censos de 2001) É constituída por cerca de 70 localidades sendo que as principais são Santiago de Litém, Santiais, Outeiro da Cruz, Sourão, Moutinhas, São Francisco, Roques, Arneiro do Pisão, Pinhete e São Vicente, Junceira, Infesta, Andrés e Murtais. Na sequência das imagens abaixo mostram a dispersão habitacional nas principais localidades mencionadas Figura 6 Dispersão habitacional do centro da freguesia Planeamento Redes Informáticas Análise de Requisitos 5
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Figura 7 - Dispersão habitacional de Santiais Figura 8 - Dispersão habitacional Outeiro da Cruz e Murtais 6 Análise de Requisitos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] Figura 9 - Dispersão habitacional Roques, Arneiro do Pisão e Pinhete 2.2 Caracterização dos requisitos de projecto De modo à implementação da rede informática na freguesia de Santiago de Litém fazer face às suas exigências é necessário que a mesma obedeça a alguns requisitos. De seguida é mostrada uma lista desses requisitos agrupados pela sua natureza. 2.2.1 Funcionalidades 2.2.1.1 Utilizadores Após um estudo da população da freguesia concluiu-se que os possíveis utilizadores da rede seriam os seguintes: 5 Escolas de ensino pré-escolar e 1º ciclo 5 Associações culturais e recreativas 157 PME s (Pequenas e Médias Empresas) 1627 Alojamentos domésticos 1 Casa da Cultura 1 Junta de Freguesia Pavilhões e Salas de Desporto 1 Associação de Bem-Estar para a 3ª Idade 1 Lar de Acção Social 1 Extensão de Saúde; Hotspots: o 17 Cafés o Zonas Comerciais Planeamento Redes Informáticas Análise de Requisitos 7
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Tabela 1 - Divisão das PME's por actividade Actividade das PME's Nº Agricultura, produção animal, caça, floresta e pesca 7 Transportes e armazenagem 13 Actividades de saúde humana e apoio social 3 Comércio por grosso e a retalho; reparação de veículos automóveis e motociclos 42 Alojamento, restauração e similares 6 Outras actividades de serviços 8 Actividades artísticas, de espectáculos, desportivas e recreativas 1 Indústrias extractivas 1 Indústrias transformadoras 13 Construção 58 Actividades financeiras e de seguros 1 Actividades administrativas e dos serviços de apoio 4 Dividindo os utilizadores em 5 grupos distintos obtém-se: Utilizadores Domésticos; Utilizadores Empresariais; Utilizadores Públicos; Utilizadores Escolares; Utilizadores Institucionais. 2.2.1.2 Aplicações A nível aplicacional pretende-se que a rede esteja preparada não só para o uso das aplicações mais usuais como também para as emergentes. Segue-se a classificação técnica das mesmas: Lazer/entretenimento (jogos, vídeo, VoIP); Profissionais (empresas e teletrabalho); Cultural (pesquisas, musicas, vídeos); Ensino (pesquisas, e-learning); VoIP; IPTV; Streaming de conferências; Serviço de Mobilidade IP e/ou Micro mobilidade. 8 Análise de Requisitos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 2.2.2 Serviços Tendo em conta que o serviço de Internet é obtido pela ligação existente da LRD fica desde já definido que a responsabilidade da manutenção desta ligação é da competência da entidade responsável. Consideram-se serviços básicos e indispensáveis de suporte os seguintes: NAT NAS DNS DHCP HTTP Proxy Servidores de autenticação o Radius o VPN Mecanismos de Segurança: Firewalls Vídeo-vigilância Poderão ainda ser implementados outros serviços pela JF ou pelo fornecedor de Internet, nomeadamente a saber: Registo de domínio.pt com subdomínios ilimitados; Constante actualização e manutenção da pagina web da Freguesia; E-mail; Certificados Digitais; Hotspots; Servidor de FTP; Servidor VoIP; etc. A Junta de Freguesia considerou importante, pelo benefício imediato à população, a criação de salas de computadores com acesso à Internet e aos serviços da Junta a serem criadas nas escolas primárias desactivadas funcionando como Hotspots. 2.2.2.1 Hotspot É o nome dado ao local onde a tecnologia Wi-Fi está disponível. São encontrados geralmente em locais públicos como cafés, restaurantes, hotéis e aeroportos onde é possível ligar-se à Internet utilizando qualquer computador portátil que esteja preparado para comunicar numa rede sem fios do tipo Wi-Fi. Planeamento Redes Informáticas Análise de Requisitos 9
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 2.2.3 Abrangência A nível de abrangência pretende-se principalmente que a infra-estrutura de rede seja capaz de fornecer o serviço a toda a comunidade, interligando todas as localidades e que além do acesso à rede interna seja também fornecido o acesso à rede externa (Internet). Além disso a JF pretende expandir o seu espaço pelos lugares onde foram fechadas escolas por falta de alunos, criando pólos e proporcionando os serviços da JF nos lugares mais afastados. Ser um espaço público de acesso livre á população servirá como amostra do que poderão ter em casa. Estas escolas que foram fechadas formam em conjunto com a JF um hexágono com a JF no centro. 2.2.4 Qualidade Embora não tenha sido requisitado qualquer tipo de Qualidade de Serviço pretende-se dar prioridade ao tráfego proveniente dos utilizadores institucionais devido à importância que este grupo tem para a comunidade. 2.2.5 Segurança Acerca da segurança a implementar numa rede wireless é preciso ter em conta vários aspectos como por exemplo o uso incorrecto dos acessos por parte dos utilizadores, ataques internos ou ataques externos. Inicialmente as soluções de segurança mais importantes a adoptar serão um servidor de autenticação como por exemplo um servidor Radius, VPN para o tráfego mais importante e uma firewall. 2.2.6 Disponibilidade Como em qualquer rede informática pretende-se que esta esteja disponível o máximo de tempo possível. Não é conhecido qualquer serviço existente na freguesia que seja crítico. Em caso de manutenção em que seja necessário o corte do serviço serão tomadas medidas atempadamente de modo a não provocar incómodo aos utilizadores. 2.2.7 Escalabilidade A freguesia de Santiago de Litém pelo facto de ser vizinha de Pombal está a usufruir de uma forte expansão nas localidades fronteiriças. Mortais, Outeiro da Cruz, Remessa ou Sourão são zonas de forte crescimento populacional. Foi inaugurado uma quinta com hotel onde existe a organização de vários tipos de eventos com uma capacidade de até 10000 pessoas. Será um local a ter em conta futuramente. 10 Análise de Requisitos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 2.2.8 Interoperabilidade Nesta freguesia existe um acesso ADSL a 24 Mbps pela LRD (Leiria Região Digital) que está disponível na JF. No centro escolar e por proximidade também a Casa da Cultura têm acesso por Powerline (sistema que possuem as escolas do país). A população em geral acede por placas de banda larga mas existem grandes problemas na abrangência da rede celular móvel por não haver colocação de antenas em número suficiente. 2.2.9 Gestão No panorama da gestão da rede será escolhido um sistema de gestão centralizado preferencialmente recorrendo a soluções open source de modo a diminuir os custos. É necessária a formação de pessoas especializadas a nível informático para uma correcta manutenção e acompanhamento da rede. 2.2.10 Custos Este é talvez um dos requisitos mais importantes pois muitas vezes é o maior obstáculo a ultrapassar. Existe um limite de cerca de 50.000 mas que se pretende minimizar pois é um dos factores mais importantes para decidir a viabilidade do projecto. 2.3 Identificação das condicionantes Após um estudo mais aprofundado e do levantamento de requisitos efectuado concluise que a maior condicionante para a implementação do projecto se prende com a disposição geográfica do terreno que se caracteriza por ser bastante acidentado e por ser uma zona com uma densidade florestal bastante elevada. O link de ligação à Internet a utilizar no presente projecto será o já existente da LRD. Possui uma ligação a 24Mbps. A nível de condicionantes temporais e operacionais não existe nada a salientar. Planeamento Redes Informáticas Análise de Requisitos 11
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 3 Planeamento da Rede Neste capítulo serão definidos: O modelo de funcionamento da infra-estrutura de comunicação; A arquitectura lógica; Critérios para definição da arquitectura lógica; Caracterização de fluxos individuais; Caracterização de fluxos agregados; O dimensionamento dos componentes dos vários subsistemas de comunicação; Outros aspectos. No modelo de funcionamento serão identificadas as aplicações telemáticas e das arquitecturas protocolares de suporte à comunicação, e caracterização do tráfego por grupo de utilizadores. Com a arquitectura lógica definir-se-á a estrutura hierárquica da rede e a caracterização de cada um dos subsistemas de comunicação. Ao nível do dimensionamento será feita a analise por planos funcionais e dimensionamento de cada um dos componentes dos vários subsistemas de comunicação. 3.1 Modelo de funcionamento De seguida, encontram-se caracterizados os grupos de utilizadores em função da sua dimensão, da sua localização na infra-estrutura e dos serviços de comunicação utilizados. Nesta caracterização foram considerados todos os tipos de utilizadores que se pretendem que venham a utilizar a infra-estrutura para efectuar trocas de informação dentro da freguesia. 12 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] Tabela 2 - Atributos e necessidades por grupos ID Descrição Nº de Utilizad. Local Aplicação Arq. Tráfego Dest. tráfeg ID Dest. G1 Instituições Sociais, Culturais e Desportivas 150 G2 Empresas 500 G3 Domésticos 2000 G4 Escolares WWW geral TCP/IP BE Proxy WWW S1 Junta E-mail TCP/IP BE Serv. Email S2 Junta Intranet TCP/IP BE Serv. Intranet S3 Junta VoIP TCP/IP CM Internet I Ficheiros TCP/IP BE Serv. Ficheiro S4 s Junta Videoconferência TCP/IP AD Internet I Base de Dados TCP/IP BE Serv. BD S5 Junta Várias TCP/IP BE Internet I Proxy WWW geral TCP/IP BE WWW S1 Junta VoIP TCP/IP CM Internet I Proxy WWW geral TCP/IP BE WWW S1 Junta VoIP TCP/IP CM Internet I Proxy WWW geral TCP/IP BE WWW S1 Junta VoIP TCP/IP CM Internet I Serv. E-mail TCP/IP BE Email S2 Junta Serv. Ficheiros TCP/IP BE Ficheiro S4 s Junta Videoconferência TCP/IP AD Internet I Proxy WWW S1 Junta G5 Públicos 50 WWW geral TCP/IP BE Na tabela anterior encontram-se identificados os seguintes parâmetros: ID Identificador de Grupo; Descrição Descrição do Grupo de utilizadores; Nº de Utiliz. Dimensão do ID em número de utilizadores; Aplicação Aplicações utilizadas; Arq. Arquitecturas protocolares necessárias ao suporte das aplicações; Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 13
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Tráfego Tipo de tráfego gerado: BE tráfego best-effort; AD tráfego adaptativo; CM tráfego contínuos-média; Dest. tráfego destino do tráfego; ID Dst. Identificador atribuído ao destino do tráfego. A tabela de caracterização dos grupos de utilizadores resulta da identificação dos requisitos funcionais e de abrangência da infra-estrutura permitindo a elaboração do modelo de funcionamento da mesma. 3.2 Arquitectura Lógica Na Figura 10 é apresentada a arquitectura lógica utilizando por base a caracterização dos grupos de utilizadores, a comunicação entre eles e entre estes e o sistema de comunicação exterior. A Bridge de ligação ponto-a-ponto central que liga as localidades à Internet encontra-se localizada na JF. A distribuição de sinal às habitações é obtido com AP s ou pontos de acesso em modo master. Figura 10 Arquitectura Lógica da rede de Santiago de Litém Ditam as boas regras que se devem criar ligações redundantes, por forma a haver um incremento de disponibilidade de rede, mas sobretudo para garantir o seu funcionamento no caso de falha de algum equipamento. A solução apresentada ao longo do presente trabalho não tem em conta esta abordagem por aumentar significativamente o seu custo e manutenção. 14 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 3.2.1 Infraestrutura de Backbone A dispersão habitacional na freguesia é elevada, dividida em pequenos nichos populacionais. Tal como mencionado na caracterização da freguesia, o terreno é muito acidentado, repleto de montes e vales cobertos de pinhal tornando a decisão por uma estrutura em estrela (Figura 10) mais adequada do que em malha, habitualmente visível em cidades ou zonas densamente povoadas. A cobertura de Backbone obtida a partir da arquitectura lógica e que é visível na imagem abaixo - Figura 11 possui de um ponto central de ligação em cada localidade, onde se ligam os utilizadores e que permite a ligação a localidades adjacentes. A cobertura de rede é abrangente a toda a população. São visíveis alguns pontos não cobertos, no entanto, correspondem a área não povoada. Encontram-se ainda identificados os pontos centrais de ligação e a sua localização dentro do perímetro da freguesia. Os serviços centrais de gestão e monitorização, o acesso à Internet etc. encontram-se localizados ou centralizados num único ponto central situado na sede da JF. Com este tipo de tipologia obtêm-se ligações ponto-a-ponto entre o ponto central e as diferentes lugares a servir. Figura 11 - Localização dos distribuidores Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 15
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 3.2.2 Diagrama de Cobertura O software de propagação de ondas de rádio frequência Radio Mobile permite a simulação da cobertura wireless da freguesia de Santiago de Litém. Na Figura 11 podemos verificar a dispersão de sinal. Nas imagens que se seguem, retiradas do mesmo software de simulação, serão dadas a observar os diferentes cenários individuais nas localidades escolhidas para receberem uma antena de distribuição. No topo de cada imagem encontram-se mencionados os valores de distância entre antenas, a potência recebida, perdas de percurso, etc. Na sua base são especificados o ganho da antena, qual a antena emissora e qual a receptora e suas potências de transmissão/recepção, as perdas de sinal e não menos importante a sua altura/posicionamento face ao terreno. Figura 12 - Estrutura de Backbone 16 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 3.2.3 Interligação das Localidades Nas ligações ponto-a-ponto foram definidas antenas bi-direcionais planares por forma a ser conseguido um maior raio de alcance. Os links de distribuição ponto-multiponto para distribuição de sinal aos utilizadores obteve-se com recurso a antenas omnidireccionais por servirem toda a área circundante a si. Figura 13 - Link Arneiro - Pinhete Figura 14 - Link Murtais - Palmeira Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 17
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Figura 15 - Link Boldrarias - São Francisco Figura 16 - Link São Francisco Pinhete 18 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] Figura 17 - Link Figueira do Casal - São José Figura 18 - Link São José Santiais Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 19
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Figura 19 - Link Santiago - Boldrarias Figura 20 - Link Santiago - Casal das Freiras 20 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] Figura 21 - Link Santiago - Figueira do Casal Figura 22 - Link Santiago - Macoeira Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 21
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Figura 23 Link Valada - Boldrarias Figura 24 Link Valada - Palmeira 22 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 3.3 Caracterização dos fluxos individuais A caracterização de fluxos aplicacionais é expressa, tendo por base as necessidades de débito (médio e de pico), atraso máximo e variação (round-trip) e perdas. Tabela 3 - Caracterização de fluxos de aplicações Aplicação Tempo de resposta óptimo [segundos] Tempo de resposta tolerável [segundos] Tamanho de bloco normal [Kbytes] Tamanho de bloco grande [Kbytes] Débito situação nominal [Kbytes] Débito situação excepção [Kbytes] Atraso máximo round-trip [ms] Consulta de Email 10 60 2 2000 2 280 1000 Transacção WWW 5 30 10 500 16 140 500 Tran. Base de Dados 1 6 0,5 100 4 140 100 Interacção remota 0,2 1 0,01 1 0,4 8 100 Trans. fich. LAN 5 30 100 30000 160 8000 500 Trans. fich. WAN 10 300 100 10000 80 280 500 Transf. Fich. Internet 20 1200 100 10000 40 70 500 3.4 Dimensionamento dos fluxos agregados O dimensionamento inclui a analise por planos funcionais e dimensionamento de cada um dos componentes dos vários subsistemas de comunicação previstos. Aplicação Tabela 4 - Dimensionamento de débito de ligações LAN Débito Nominal [Kbps] Débito Excepção [Kbps] Número de fluxos a montante Número de fluxos a jusante Factor de simultaneidade Consulta E-mail 2 280 30 30 1,00 60 Transc. WWW 16 140 30 30 1,00 480 Transc. BD 4 140 30 30 1,00 120 Interacção remota 0,4 8 30 30 1,00 12 Transf. Fich. LAN 160 8000 30 30 1,00 4800 Transf. Fich. WAN 80 280 30 3 0,10 240 Transf. Fich. Internet 40 70 30 3 0,10 120 VCoIP 64 64 30 30 1,00 1920 Necessidade Total de Débito na ligação agregada [Kbps] 7752 Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 8000 Débito total p/ aplicação [Kbps] Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 10000 Margem de débito para evolução [Kbps] 90000 Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 100000 Taxa nominal de utilização agregada [%] 8% Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 23
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Tabela 5 - Dimensionamento de débito de ligações WAN Aplicação Débito Nominal [Kbps] Débito excepção [Kbps] Número de fluxos a montante Número de fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total p/ aplicação [Kbps] Consulta de Email 2 280 20 6 0,3 12 Transacção WWW 16 140 20 6 0,3 96 Tran. Base de Dados 4 140 20 6 0,3 24 Interacção remota 0,4 8 20 6 0,3 2,4 Trans. fich. WAN 80 280 20 2 0,1 160 Transf. Fich. Internet 40 70 20 2 0,1 80 VoIP 32 32 20 2 0,1 64 VCoIP 64 64 20 1 0,05 64 Necessidade total de débito na ligação agregada [Kbps] 502,4 Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 280 Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 64 Margem de débito para evolução [Kbps] 0 Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 512 Taxa nominal de utilização da ligação agregada [%] 98% Tabela 6 - Dimensionamento de débito de acesso à Internet Aplicação Débito Nominal [Kbps] Débito Excepção [Kbps] Número de fluxos a montante Número de fluxos a jusante Factor de simultaneidade Débito total p/ aplicação [Kbps] Consulta E-mail 2 280 104 10 0,10 20 Transc. WWW 16 140 104 10 0,10 160 Interacção remota 0,4 8 104 10 0,10 4 Transf. Fich. Internet 40 70 16 2 0,13 80 Necessidade Total de Débito na ligação agregada [Kbps] 264 Capacidade mínima da ligação (maior dos débitos de excepção suportado) [Kbps] 140 Escalão de incremento de capacidade da ligação [Kbps] 64 Margem de débito para evolução [Kbps] -64 Especificação de débito da ligação agregada [Kbps] 256 Taxa nominal de utilização agregada [%] 103% 24 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 3.5 Cálculos Teóricos Através de modelos teóricos é possível calcular as potências necessárias nas antenas, nos transmissores, ter em conta as perdas dos cabos e o mais importante a sensibilidade do receptor. A Figura 25 ilustra alguns dos factores que afectam a qualidade da ligação. Figura 25 - Link Buget (http://www.airspy.com/) Fórmulas: Perdas em espaço livre: A el = 32.5 + 20log (F) + 20log (d) Onde: F = frequência (MHz) D = distância entre as antenas (em km) Nível de Potência do sinal no receptor: P rx = P tx A tx + G tx - A el + G rx A rx Onde: P tx = Potência transmitida A tx = Perdas dos cabos e conectores no transmissor G tx = Ganho da antena transmissora A el = Perdas em espaço livre G rx = Ganho da antena receptora A rx = Perdas dos cabos no receptor Margem de operação (ou Link Fade Margin (LFM)) para garantir comunicação: LFM = Prx Srx Onde: P rx = Nível de potência recebida S rx = Sensibilidade do receptor (deve ser no mínimo 10 db) Planeamento Redes Informáticas Planeamento da Rede 25
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Para a ligação entre freguesia utilizou-se a faixa dos 5 Ghz (mais propriamente a entre 5.470 GHz e os 5.725 Ghz que é indicada para exteriores e é uma faixa isenta de pagamento). Fazem-se os cálculos para o pior caso, ou seja, para os 5.725 Ghz. A distância média entre as localidades da Freguesia de Santiago de Litém anda nos 2Km. Será este valor o utilizado nos cálculos. Em relação à potência máxima de radiação EIRP (Equivalente Isotropically Radiated Power) permitida em Portugal, esta é de 1W, ou seja 30 dbm. Ter atenção as perdas dos cabos (0.145dB/metro (LMR-600)), usa-se cabos de 3 m, e as perdas dos conectores (0.5 db). Perdas em espaço livre: A el = 32.5 + 20log (5725) + 20log (2) = 113.676 db 1º Caso Considera-se os seguintes valores no transmissor e no receptor: Ptx = 15dBm (valores típicos) P rx = -85 dbm (fraco) A tx = A rx = 3 db (em média) P rx = P tx - A tx + G tx A el + G rx A rx Exemplo: Considera-se uma antena de 8dBi de ganho no transmissor e receptor: P rx = P tx - A tx + G tx A el + G rx A rx P rx = 15 dbm 3 db + 8 dbi 113.676 + 8 dbi 3 db Prx = - 88.676 dbm Ou seja, a sensibilidade é de 88.676 dbm Então, 85-88,676 = -3.676 db Conclui-se que a ligação não será possível uma vez que é inferior a 10dB. Exemplo 2: Agora considera-se uma antena de 18dBi de ganho no transmissor e emissor: P rx = P tx - A tx + G tx A el + G rx A rx (Para garantir EIRP no máximo com 21 dbm, teremos que diminuir a P tx, passando de 15 dbm para 1 dbm) P rx = 1 dbm 3 db + 22 dbi 113.676 + 22 dbi 3 db Prx = - 74.676 dbm Ou seja, a sensibilidade é de 74.676 dbm Então, 85 74.676 = 10,676 db Deste modo, verifica-se que é necessária uma antena de ganho superior para as ligações de 2km, embora tenha que se baixar a potência transmitida para cumprir as normas. Nota: É evidente que não dispensa um site survey! Os resultados são teóricos e meramente indicativos. Informação retirada de (Bem & Ferreira, 2008). 26 Planeamento da Rede Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 4 Especificação de materiais e equipamentos Tendo em conta o investimento previsional que representa a infra-estrutura a instalar, deverá ter em conta um horizonte temporal o mais abrangente possível acompanhando a possibilidade de evolução e expansão, quer em número de utilizadores, quer em volume e tipo de tráfego. Foi tido em conta uma capacidade de crescimento superior a 50%, sem necessidade de alteração da estrutura proposta. É ainda de salientar, o facto de, em termos de cablagem e equipamentos não terem sido especificados marcas e modelos mas apenas características, consideradas fundamentais, que a qualquer momento possam ocorrer mudanças de equipamentos e/ou tecnologias sem criar custos adicionais não orçamentados. Toda a cablagem deve respeitar a normalização internacional ISO/IEC 11801 (International Organization for Standardization / International Electrotechnical Commission) no que respeita ao revestimento e blindagem dos cabos. Toda a rede wireless foi projectada respeitando as normas 802.11n (Wi-Fi) por permitir estabelecer ligações até 300 Mbps e transferência de dados em distâncias superiores a 90 metros. 4.1 Norma IEEE 802.11n O IEEE aprovou oficialmente a versão final do padrão para redes sem fios 802.11n, que vinha a ser desenvolvido desde 2004. A norma 802.11n tem como principal característica o uso da tecnologia MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), capaz de aumentar consideravelmente as taxas de transferência através da combinação de várias antenas de transmissão, desta forma permite taxas de transmissão de 300 Mbps e, teoricamente, pode atingir taxas de 600 Mbps Em relação à frequência, a norma 802.11n pode utilizar as faixas de 2,4Ghz e 5Ghz, o que a torna compatível com as normas anteriores. Usa a técnica de modelação OFDM, mas com determinadas alterações, devido ao uso da tecnologia MIMO, sendo por isso, muitas vezes denominado de MIMO-OFDM. 4.2 Equipamentos No ponto seguinte 4.3 Orçamento encontram-se descritos os principais equipamentos necessários e as suas características base que os compõem. Para as diferentes estações serão necessários outros equipamentos que não se incluem no grupo dos equipamentos activos (antenas, router, bridge, etc.). A saber: Planeamento Redes Informáticas Especificação de materiais e equipamentos 27
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Protectores de raios usados para encaminhar a corrente de relâmpagos directamente em direcção à Terra. Os Lightning Arrestores, como também são conhecidos, permitem proteger os dispositivos ligados à antena (Ap, bridge, router, etc.); Figura 26 Exemplo de um protector Caixas estanques - para protecção dos Routerboard e dos dispositivos PoE; Figura 27 Exemplo de caixa estanque PoE, Power over Ethernet dispositivo que permite enviar energia para um AP ou outro equipamento através de cabo Ethernet; Figura 28 Exemplo de cabo PoE Cabo Pigtail permite ligar conectores diferentes entre fabricantes diferentes. È habitualmente usado para ligar às antenas exteriores; Figura 29 Exemplo de um cabo Pigtail 28 Especificação de materiais e equipamentos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] Cabo RF ter em atenção para que o cabo tenha a mesma impedância do que os equipamentos de rede, a menor perda possível e que seja à prova de água; Figura 30 Exemplo de cabo RF ; Conectores RF interligam equipamentos. Em WLAN utilizam-se conectores do tipo N. Figura 31 Exemplo de conectores ; Postes ou mastros usados para criar altura suficiente, por forma, a existir linha de vista entre antena.. Figura 32 Postes em madeira tratada Planeamento Redes Informáticas Especificação de materiais e equipamentos 29
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 4.3 Orçamento Os preços apresentados abaixo servem apenas como orientação. Tabela 7 - Ponto de Distribuição (Router) Descrição Características Routerboard (até 3 radios) 4 metallic pads for boards mounting in any enclosure Outdoor Aluminum enc. IP66 Outdoor watertight RJ-45 F connector Pacific + cable Power Supply 48v. 0,5 A (24W) for equipment Passive PoE module black Preço Unitário do Conjunto 5.1-5.8 GHz 22 dbi Panel Antenna Dual band IEEE 802.11a+b+g+n wireless card Output Power of up to 25dBm @ a/g/n Band Physical data rate sup to 300 Mbps and Throughput 200 Mbps 3.000 Deverá usar um equipamento do género: Figura 33 Exemplo de um Routerboard e um adaptador para norma 802.11n Tabela 8 - Link de Distribuição ponto-a-ponto Descrição Radio 802.11a/b/g/n - 300 Mbps Pigtail 5 GHz. 30 cm Características Frequency: 5450-58505850 MHz Gain: 23 dbi Beamwith (-3dB): horizontal - 10º Beamwith (-3dB): vertical: 10º Cable 3m 5 GHz. Directional Panel with Hor./Ver. Pol. connector: N female From to back ratio: > 35 dbi Cross polarization: > 24 dbi Preço Unitário do Conjunto 2.000 30 Especificação de materiais e equipamentos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] Deverá usar um equipamento do género: Figura 34 Exemplo de uma antena planar Tabela 9 - Link de Distribuição ponto-multiponto Descrição Radio 802.11AGBN - 300 Mb/s Pigtail 5 GHz. 30 cm Cable 3m 5 GHz. Omnidirectional 360 degrees Vertical Preço Unitário do Conjunto Características Frequency: 5450-58505850 MHz Gain: 12 dbi Beamwith (-3dB): horizintal - 360 Beamwith (-3dB): vertical: 6 Connector: N female 1.000 Deverá usar um equipamento do género: Figura 35 Exemplos de uma antena omnidireccional Tabela 10 - Vídeo Vigilância Descrição Outdoor IP camera MPEG-4 Outdoor Day/Night with Mounting Bracket Preço Unitário do Conjunto Características 802.11n wireless at 5Ghz Weather Resistence: IP66 Rating 1.500 Planeamento Redes Informáticas Especificação de materiais e 31 equipamentos
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 Deverá usar um equipamento do género: Figura 36 Exemplo de uma câmara de videovigilância IP wireless Tabela 11 - Access Point para cliente Quant. Descrição Características Access Point 5 GHz Transmition MCS7-21 dbm +-2 1500 Suporte antena para parede Gain 14,6 to 16,1 dbi Band IEEE 802.11a+n Preço Unitário do Conjunto 150 Deverá usar um equipamento do género: Figura 37 Exemplo de AP cliente Segue-se então o acumulado por quantidade, necessário para implementação da estrutura lógica definida atrás: Descrição Quant. Preço Unit. Sub-Total Ponto de Distribuição (Router) 14 3000 42000 Link de Distribuição ponto-a-ponto 24 2000 48000 Link de Distribuição ponto-multiponto 13 1000 13000 Vídeo Vigilância 13 1500 19500 Valor Global da Solução 122500 32 Especificação de materiais e equipamentos Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 5 Implementação de Serviços Planeamento Redes Informáticas Implementação de Serviços 33
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 6 Conclusões 34 Conclusões Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] 7 Bibliografia Bem, E., & Ferreira, S. (2008). "MaceiraNet". Escola Superior de Tecnologia e Gestão, Engenharia de Redes de Comunicações, Leiria. Edmundo Monteiro, Fernando Boavida. Engenharia de Redes Informáticas, FCA Editora de Informática, ISBN 972-722-203-X, Agosto 2000. Planeamento Redes Informáticas <Bibliografia 35
[SantiagoLitem.Net] 4 de Maio de 2010 ANEXOS 36 <Bibliografia Planeamento Redes Informáticas
4 de Maio de 2010 [SantiagoLitem.Net] ANEXO A Por aqui os Datasheets dos equipamentso Planeamento Redes Informáticas <Bibliografia 37