IEEE 802.11

WLAN - REDES SEM FIO

WLANWLAN

WLAN: Wireless Local Area NetworkWLAN: Wireless Local Area Network Redes locais sem-fioRedes locais sem-fio

Grande demanda por comunicação sem-fio:Grande demanda por comunicação sem-fio:

Elimina necessidade de cabeamentoElimina necessidade de cabeamento Provê o acesso à rede em qualquer localizaçãoProvê o acesso à rede em qualquer localização Provê acesso à rede para usuários móveisProvê acesso à rede para usuários móveis

Grande cobertura hoje em dia:Grande cobertura hoje em dia: UniversidadesUniversidades AeroportosAeroportos Escritórios de empresasEscritórios de empresas Restaurantes e cafésRestaurantes e cafés Supermercados !Supermercados !

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WLAN: alguns cenários ...WLAN: alguns cenários ...

Muitos fatores influenciam a Muitos fatores influenciam a qualidade do sinal:qualidade do sinal:

ObstáculosObstáculos InterferênciasInterferências

Entre equipamentos da WLANEntre equipamentos da WLAN Devido a ruídoDevido a ruído

DistânciaDistância Reduz a intensidade do sinalReduz a intensidade do sinal Relação sinal/ruído (SNR) diminui – mais Relação sinal/ruído (SNR) diminui – mais

erros !erros ! Diferença de ganhos das antenas – enlaces Diferença de ganhos das antenas – enlaces

assimétricos !assimétricos !

Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos

Intensidade decai com o quadrado da Intensidade decai com o quadrado da distância:distância:

Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos

FadingFading (decaimento) por interferência (decaimento) por interferência ou reflexão:

Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos

FadingFading (decaimento) por sombreamento (decaimento) por sombreamento (shadowing):(shadowing):

Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos

Variação da intensidade ao longo do tempo:Variação da intensidade ao longo do tempo:

Comunicação feita por sinal de Comunicação feita por sinal de rádio: impedimentosrádio: impedimentos

Interferência por reflexões que chegam com Interferência por reflexões que chegam com diferentes atrasos (devido a diferentes atrasos (devido a multipathmultipath):):

WLANWLAN

WLAN: problemas clássicos para acesso ao WLAN: problemas clássicos para acesso ao meio

Considere acesso ao meio do tipo CSMAConsidere acesso ao meio do tipo CSMA

Não é possível escutar o meio e transmitir ao Não é possível escutar o meio e transmitir ao mesmo tempomesmo tempo

Então não é possível detectar colisões !Então não é possível detectar colisões !

Interferências (colisões) nem sempre são Interferências (colisões) nem sempre são relevantesrelevantes

... depende da intensidade relativa entre os ... depende da intensidade relativa entre os sinaissinais

Sinal decai com o quadrado da distância de sua Sinal decai com o quadrado da distância de sua fontefonte

WLANWLANWLAN: problemas clássicos para acesso ao meio

Considere acesso ao meio do tipo CSMA

Nodos escondidos: Nodos A e D transmitem ao mesmo tempo para C:

A não escuta D

D não escuta A

Colisão em C !

WLANWLANWLAN: problemas clássicos para acesso ao meio

Considere acesso ao meio do tipo CSMA

Nodos expostos: Nodo C transmite para ANodo B transmite para D

Nodo C escuta B, e vice-versa

Ambos não transmitem ao mesmo tempo (mas poderiam !)

Menor aproveitamento do meio

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WLAN: IEEE 802.11WLAN: IEEE 802.11

Um grande conjunto de padrões para WLAN:Um grande conjunto de padrões para WLAN:

802.11802.11: MAC e PHY 1 Mbps e 2 Mbps: MAC e PHY 1 Mbps e 2 Mbps

802.11a802.11a: PHY 6 a 54 Mbps: PHY 6 a 54 Mbps

802.11b802.11b: PHY 5.5 e 11 Mbps: PHY 5.5 e 11 Mbps

802.11g802.11g: PHY para taxas > 20 Mbps: PHY para taxas > 20 Mbps

802.11e802.11e: qualidade de serviço (QoS): qualidade de serviço (QoS)

802.11i802.11i: segurança e controle de acesso: segurança e controle de acesso

802.11n802.11n: melhorias para maiores taxas de dados: melhorias para maiores taxas de dados

802.11s802.11s: redes: redes mesh mesh

... e outros !... e outros !

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

BSS (Basic Station Set)BSS (Basic Station Set): : conjunto de estações que conjunto de estações que se comunicam diretamente.se comunicam diretamente.

Podem ter estação central (Podem ter estação central (Access Point – APAccess Point – AP) ou ) ou nãonão

Rede Ad Hoc: sem APRede Ad Hoc: sem AP

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

IBSS: BSS Independente (sem AP) .. rede ad hocIBSS: BSS Independente (sem AP) .. rede ad hoc

BSS infraestruturado (com AP)BSS infraestruturado (com AP)

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

ESS (Extended Station Set)ESS (Extended Station Set): : conjunto de dois ou conjunto de dois ou mais BSSmais BSS

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

DS (Distribution System)DS (Distribution System): :

Cada WSTA pode estar associada a um único Cada WSTA pode estar associada a um único AP por vezAP por vez

Em um DS, um AP deve saber que estações Em um DS, um AP deve saber que estações estão associadas a cada outro APestão associadas a cada outro AP

IAPP (Inter Access-Point Protocol): protocolo IAPP (Inter Access-Point Protocol): protocolo para APs informarem entre si as WSTA para APs informarem entre si as WSTA associadasassociadas

WDS (Wireless Distribution System)WDS (Wireless Distribution System) Um DS em que APs estão conectados por Um DS em que APs estão conectados por

enlaces sem-fioenlaces sem-fio

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

DS (Distribution System)DS (Distribution System): BSS sobrepostos : BSS sobrepostos

Um ESS pode ter BSS sobrepostosUm ESS pode ter BSS sobrepostos Desejável para manter a cobertura em todo o Desejável para manter a cobertura em todo o

espaço espaço Requer projeto cuidadoso da rede sem-fioRequer projeto cuidadoso da rede sem-fio

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

DS (Distribution System)DS (Distribution System): BSS sobrepostos e : BSS sobrepostos e mobilidademobilidade

WSTA pode migrar de um BSS a outro (em um WSTA pode migrar de um BSS a outro (em um mesmo ESS) com mínima interrupção de mesmo ESS) com mínima interrupção de comunicaçãocomunicação

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Camada física: vários tipos de modulaçãoCamada física: vários tipos de modulação

FHSSFHSS: Frequency-Hopping Spread Spectrum: Frequency-Hopping Spread Spectrum

DSSSDSSS: Direct Sequence Spread Spectrum: Direct Sequence Spread Spectrum

OFDMOFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing: Orthogonal Frequency Division Multiplexing

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Canais e frequências para 802.11b/gCanais e frequências para 802.11b/g

Note que os canais se

sobrepõem

WLANWLANIEEE 802.11: Arquitetura Subcamada MAC

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Todo quadro transmitido é reconhecido com um Todo quadro transmitido é reconhecido com um quadro de controle ACKquadro de controle ACK

WLAN: IEEE 802.11 MACWLAN: IEEE 802.11 MACNodos escondidos: uso da sequência RTS – CTS

Receptor usa CTS para avisar sua vizinhança de que irá receber um quadro de dados

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NAV (Network Allocation Vector):NAV (Network Allocation Vector): detecção detecção virtual de portadoravirtual de portadora

WLANWLAN

DCF: DCF: backoffbackoff (espera antes da transmissão) (espera antes da transmissão)

Exemplo de contenção e Exemplo de contenção e backoffbackoff entre 5 WSTA entre 5 WSTA

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DCF: DCF: duração do duração do backoffbackoff

WLANWLAN

DCF: DCF: valores para tempos:valores para tempos:

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IEEE 802.11: quadrosIEEE 802.11: quadros

Quadro MAC:Quadro MAC:

Repare que há quatro endereços no quadro !Repare que há quatro endereços no quadro !

O esquema de endereçamento reflete as várias O esquema de endereçamento reflete as várias diferentes interações entre estações e APs.diferentes interações entre estações e APs.

WLANWLAN

IEEE 802.11: quadrosIEEE 802.11: quadros

Quadro MAC: camposQuadro MAC: campos

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Quadros MAC de controle: RTS, CTS, ACKQuadros MAC de controle: RTS, CTS, ACK

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:

Endereço 1: próximo dispositivoEndereço 1: próximo dispositivo

Endereço 2: estação de onde vem dados ou informação Endereço 2: estação de onde vem dados ou informação de controlede controle

Endereço 3: Estação final (se não o endereço 1)Endereço 3: Estação final (se não o endereço 1)

Endereço 4: estação de origem (se não for endereço 2)Endereço 4: estação de origem (se não for endereço 2)

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:

Caso 1: To DS = 0 e From DS = 0:Caso 1: To DS = 0 e From DS = 0:

Quadro diretamente entre duas estaçõesQuadro diretamente entre duas estações

Não passa pelo APNão passa pelo AP

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:

Caso 2: To DS = 0 e From DS = 1:Caso 2: To DS = 0 e From DS = 1:

Quadro vindo de um AP para uma estaçãoQuadro vindo de um AP para uma estação

Passa então por um APPassa então por um AP

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:

Caso 3: To DS = 1 e From DS = 0:Caso 3: To DS = 1 e From DS = 0:

Quadro vindo de uma estação para um APQuadro vindo de uma estação para um AP

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IEEE 802.11: ArquiteturaIEEE 802.11: Arquitetura

Esquema de endereçamento:Esquema de endereçamento:

Caso 4: To DS = 1 e From DS = 1:Caso 4: To DS = 1 e From DS = 1:

Quadro entre APs via enlace sem-fioQuadro entre APs via enlace sem-fio

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ReferênciasReferências

Mattew Gast. Mattew Gast. 802.11 Wireless Networks: The 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide, 2Definitive Guide, 2ndnd edition edition. O'Reilly, 2005.. O'Reilly, 2005.

Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores, 4a ed. Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores, 4a ed. Capítulo 4.Capítulo 4.

IEEE 802.11 Standard