Aula 10 Redes Sem Fio

8/13/2019 Aula 10 Redes Sem Fio

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REDES DE COMPUTADORESII

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Estamos assistindo ao surgimento de pessoas totalmenteviciadas em informaes: pessoas que precisam estarpermanentemente on-line. Para esses usurios mveis, o partranado, o cabo coaxial e a fibra ptica no tm a menor

utilidade. Eles precisam transferir dados para seuscomputadores laptop, notebook, palmtop, de bolso ou de pulsosem depender da infra-estrutura de comunicao terrestre. Aresposta para esses usurios est na comunicao sem fios.


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Quando se movem, os eltrons criam ondas eletromagnticasque podem se propagar pelo espao livre (at mesmo novcuo). Essas ondas foram previstas pelo fsico ingls JamesClerk Maxwell em 1865 e foram observadas pela primeira vez

pelo fsico alemo Heinrich Hertz em 1887. O nmero deoscilaes por segundo de uma onda eletromagntica chamado freqncia, f, e medida em Hz (em homenagem aHeinrich Hertz).


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Quando se instala uma antena com o tamanho apropriado emum circuito eltrico, as ondas eletromagnticas podem sertransmitidas e recebidas com eficincia por um receptorlocalizado a uma distncia bastante razovel. Toda a

comunicao sem fios baseada nesse princpio. No vcuo,todas as ondas eletromagnticas viajam mesma velocidade,independente de sua freqncia.


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As pores de rdio, microondas, infravermelho e luz visvel doespectro podem ser usadas na transmisso de informaes,desde que seja modulada a amplitude, a freqncia ou a fasedas ondas. A luz ultravioleta, os raios X e os raios gama

representariam opes ainda melhores, por terem freqnciasmais altas, mas so difceis de produzir e modular, alm de nose propagarem bem atravs dos prdios e serem perigosos paraos seres vivos.


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O espectro eletromagntico e a maneira como ele e usado nacomunicaoAs pores de rdio, microondas, infravermelho e luz visvel doespectro podem ser usadas na transmisso de informaes,

desde que seja modulada a amplitude, a freqncia ou a fasedas ondas. A luz ultravioleta, os raios X e os raios gamarepresentariam opes ainda melhores, por terem freqnciasmais altas, mas so difceis de produzir e modular, alm de nose propagarem bem atravs dos prdios e serem perigosos para

os seres vivos.


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O volume de informaes que uma onda eletromagntica capaz de transportar est diretamente relacionado sua largurade banda. Com a tecnologia atual, possvel codificar algunsbits por Hertz em frequncias baixas; no entanto, comumente

esse nmero pode chegar a 8 em altas frequncias; assim, umcabo coaxial com uma largura de banda de 750 MHz podetransportar diversos gigabits/s.


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O volume de informaes que uma onda eletromagntica capaz de transportar est diretamente relacionado sua largurade banda. Com a tecnologia atual, possvel codificar algunsbits por Hertz em frequncias baixas; no entanto, comumente

esse nmero pode chegar a 8 em altas frequncias; assim, umcabo coaxial com uma largura de banda de 750 MHz podetransportar diversos gigabits/s.


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As ondas de rdio so fceis de gerar, podem percorrer longasdistncias e penetrar facilmente nos prdios; portanto, soamplamente utilizadas para comunicao, seja em ambientesfechados ou abertos. As ondas de rdio tambm so

omnidirecionais, o que significa que elas viajam em todasas direes a partir da fonte; desse modo, o transmissor e oreceptor no precisam estar cuidadosa e fisicamente alinhados.


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Vale lembrar que o rdio omnidirecional nem sempre bom. Nadcada de 1970, a General Motors decidiu equipar todos osseus novos Cadillacs com freios controlados por computadorque impediam o travamento das rodas. Quando o motorista

pisava no pedal de freio, o computador prendia e soltava osfreios, em vez de trav-los de verdade. Um belo dia, um guardarodovirio de Ohio comeou a usar seu novo rdio mvel parafalar com a central de polcia e, de repente, o Cadillac prximo aele passou a se comportar como um cavalo selvagem. Depois de

ser abordado pelo patrulheiro, o motorista disse que no tinhafeito nada e que o carro tinha ficado louco de uma hora paraoutra.


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As propriedades das ondas de rdio dependem da frequncia.Em baixas frequncias, as ondas de rdio atravessam osobstculos, mas a potncia cai abruptamente medida que adistncia da fonte aumenta, cerca de 1/ r no ar. Em altas

frequncias, as ondas de rdio tendem a viajar em linha reta e aricochetear nos obstculos. Elas tambm so absorvidas pelachuva. Em todas as frequncias, as ondas de rdio esto sujeitas interferncia de motores e outros equipamentos eltricos.


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Devido capacidade que as ondas de rdio apresentam depercorrer longas distncias, a interferncia entre os usurios um problema. Por essa razo, todos os governos exercem umrgido controle sobre o licenciamento do uso de transmissores

de rdio, com apenas uma exceo, descrita a seguir.Nas bandas VLF, LF e MF, as ondas de rdio se propagam pertodo solo, essas ondas podem ser detectadas dentro de um raiode mil quilmetros nas frequncias mais baixas; porm, nasfrequncias mais altas, esse raio de ao bem menor.


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A radiodifuso em frequncias AM utiliza a banda MF, razopela qual as ondas de rdio produzidas pelas estaes derdio AM de Boston no podem ser captadas facilmente emNova York. As ondas de rdio nessas bandas atravessam com

facilidade os prdios; esse o motivo por que os rdiosportteis funcionam em ambientes fechados. Nas bandas HF eVHF, as ondas que se propagam ao longo do solo tendem a serabsorvidas pela terra.


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No entanto, as ondas que alcanam a ionosfera, uma camada departculas carregadas situadas em torno da Terra a uma alturade 100 a 500 km, so refratadas por ela e enviadas devolta Terra. Em determinadas condies atmosfricas, os

sinais podem ricochetear diversas vezes. Os operadores deradioamador utilizam essas bandas em comunicaes de longadistncia. Os militares tambm se comunicam nas bandas HF eVHF.


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No entanto, as ondas que alcanam a ionosfera, uma camada departculas carregadas situadas em torno da Terra a uma alturade 100 a 500 km, so refratadas por ela e enviadas devolta Terra. Em determinadas condies atmosfricas, os

sinais podem ricochetear diversas vezes. Os operadores deradioamador utilizam essas bandas em comunicaes de longadistncia. Os militares tambm se comunicam nas bandas HF eVHF.


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Acima de 100 MHz, as ondas trafegam praticamente em linhareta e, portanto, podem ser concentradas em uma faixa estreita.A concentrao de toda a energia em um pequeno feixeatravs de uma antena parablica (como a conhecida antena de

TV por satlite) oferece uma relao sinal/rudo muito mais alta,mas as antenas de transmisso e recepo devem estaralinhadas com o mximo de preciso.


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Alm disso, essa direcionalidade permite o alinhamento devrios transmissores em uma nica fileira, fazendo com que elesse comuniquem com vrios receptores tambm alinhados semque haja interferncia, desde que sejam observadas algumas

regras mnimas de espaamento. Antes da fibra ptica, durantedcadas essas microondas formaram o ncleo do sistema detransmisso telefnica de longa distncia. Tendo em vista que asmicroondas viajam em linha reta, se as torres estiverem muitoafastadas, a Terra acabar ficando entre elas.


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Ele depende das condies atmosfricas e da frequncia.Algumas operadoras mantm 10% dos seus canais ociosos comosobressalentes; esses canais sero utilizados quando oesmaecimento de vrios caminhos eliminar temporariamente

alguma banda de frequncia. A demanda por mais e maisespectro serve para manter o processo de aperfeioamentotecnolgico, permitindo que as transmisses utilizemfrequncias cada vez mais altas. As bandas de at 10 GHz agoraso de uso rotineiro, mas a partir de 4 GHz surge um novo

problema: a absoro pela gua.


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Essas ondas tm apenas alguns centmetros e so absorvidaspela chuva. Esse efeito no causaria problema algum seestivssemos planejando construir um gigantesco forno demicroondas para ser usado a cu aberto mas, no caso das

comunicaes, trata-se de um grave problema. Assim comoacontece com o esmaecimento de vrios caminhos, a nicasoluo desligar os enlaces que esto sendo afetados pelachuva e criar uma nova rota que os contorne.


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Em resumo, a comunicao por microondas muito usada natelefonia longa distncia, em telefones celulares, nadistribuio de sinais de televiso e em outros usos que umasevera diminuio do espectro obrigou a desenvolver. Ela tm

uma srie de vantagens significativas sobre a fibra. A maisimportante delas que as microondas dispensam a necessidadede se ter direitos sobre um caminho. Alm do mais, quando secompra um pequeno lote de terra a cada 50 quilmetros e nele instalada uma torre de microondas, possvel ignorar o

sistema telefnico e se comunicar diretamente.


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O uso de microondas tambm relativamente econmico. Ainstalao de duas torres simples (com alguns postes comquatro esteios) e a colocao de antenas em cada uma delaspode ser menos dispendiosa que enterrar 50 quilmetros de

fibra em uma rea urbana congestionada ou em uma regiomontanhosa, e talvez seja mais econmica que arrendar a redede fibra da companhia telefnica, especialmente se esta aindano tiver coberto totalmente os custos da retirada do cobrequando os cabos de fibra foram instalados.


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Para evitar o caos total, tm sido feitos acordos nacionais einternacionais a respeito de quem ter o direito de usar cadauma das frequncias. Como todos querem uma taxa de dadosmais alta, todos desejam um espectro maior. Os governos

nacionais alocam bandas do espectro para rdio AM e FM,televiso e telefones celulares, como tambm para as empresasde telefonia, a polcia, os usurios martimos, de navegao,militares, do governo, e para muitos outros usuriosconcorrentes.


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As ondas de infravermelho e ondas milimtricas sem guias soextensamente utilizadas na comunicao de curto alcance. Ofato de as ondas de infravermelho no atravessarem paredesslidas pode ser visto como uma qualidade. por essa razo

que um sistema infravermelho instalado em um ambientefechado no interfere em um sistema semelhante instalado nassalas ou nos prdios adjacentes: no possvel controlar oaparelho de televiso do vizinho com o seu controle remoto.


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Alm disso, a segurana dos sistemas de infravermelho contraespionagem melhor que a dos sistemas de rdio, exatamentepor essa razo. A comunicao por infravermelho tem usolimitado em escritrios, por exemplo, para conectar notebooks

e impressoras, mas no dever ter um papel importante no jogodas comunicaes. Uma aplicao mais moderna consiste emconectar as LANs em dois prdios por meio de lasers instaladosem seus telhados.


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Por sua prpria natureza, a sinalizao ptica coerente queutiliza raios laser unidirecional; assim, cada prdio precisa doseu prprio raio laser e do seu prprio fotodetector. Esseesquema oferece uma largura de banda muito alta a um custo

bastante baixo. Ele tambm relativamente fcil de serinstalado e, ao contrrio das microondas, no precisa de umalicena da FCC. Nesse caso, a principal virtude do laser, um feixemuito estreito, tambm sua fraqueza. Apontar um feixe deraios laser com 1 mm de largura para um alvo com o tamanho

da cabea de um alfinete a 500 metros de distncia exige umapontaria quase impossvel. Em geral, so colocadas lentes nosistema para desfocar levemente o feixe.


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Uma das desvantagens dos feixes de raios laser o fato de queeles no podem atravessar chuva ou neblina espessa, masnormalmente funcionam bem em dias ensolarados. O calor dosol faz com que surjam correntes de conveco do telhado do

prdio. Esse ar turbulento desvia o feixe e faz com que eledance em torno do detector.


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Na dcada de 1950 e no incio dos anos 60, as pessoas tentavamconfigurar sistemas de comunicaes emitindo sinais que serefletiam em bales meteorolgicos metalizados. Infelizmente,os sinais recebidos eram muito fracos para que tivessem algum

uso prtico. Em seguida, a Marinha dos Estados Unidosdetectou uma espcie de balo meteorolgico que ficavapermanentemente no cua Luae criou um sistemaoperacional para comunicaes entre o navio e a base queutilizava a Lua em suas transmisses.


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Os satlites de comunicaes possuem algumas propriedadesinteressantes, que os tornam atraentes para muitas aplicaes.Em sua forma mais simples, um satlite de comunicaes podeser considerado um grande repetidor de micro-ondas no cu.

Ele contm diversos transponders ; cada um deles ouve umaparte do espectro, amplifica os sinais de entrada e os transmitenovamente em outra frequncia, para evitar interferncia com osinal de entrada. Os feixes descendentes podem ser largos,cobrindo uma frao substancial da superfcie terrestre, ou

estreitos, cobrindo uma rea com apenas centenas dequilmetros de dimetro.


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De acordo com a lei de Kepler, o perodo orbital de um satlitevaria de acordo com o raio da rbita elevado potncia 3/2.Quanto mais alto o satlite, mais longo o perodo. Perto dasuperfcie da Terra, o perodo de cerca de 90 minutos.

Consequentemente, os satlites de baixa rbita saem deviso com bastante rapidez, e assim so necessrios muitosdeles para proporcionar cobertura contnua. A uma altitude deaproximadamente 35.800 km, o perodo de 24 horas. Naaltitude de 384.000 km, o perodo de cerca de um ms, como

pode atestar qualquer pessoa que observe a Lua regularmente.


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O perodo do satlite importante, mas no o nico fator parase determinar onde posicion-lo. Outra questo a presenados cintures de Van Allen, camadas de partculas altamentecarregadas que so capturadas pelo campo magntico terrestre.

Qualquer satlite em rbita dentro deles seria destrudo combastante rapidez pelas partculas carregadas com alta energiapresas pelo campo magntico da Terra. Esses fatores nos levama identificar trs regies nas quais os satlites podem serposicionados com segurana.


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A inveno do transistor mudou tudo, e o primeiro satliteartificial de comunicaes, chamado Telstar, foi lanado em

julho de 1962. Desde ento, os satlites de comunicaes setransformaram em um negcio de vrios bilhes de dlares, e o

nico aspecto do espao sideral que se tornou altamentelucrativo. Esses satlites de alta rbita so chamados comfrequncia satlites GEO (Geoestationary Earth Orbit).


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A inveno do transistor mudou tudo, e o primeiro satliteartificial de comunicaes, chamado Telstar, foi lanado em

julho de 1962. Desde ento, os satlites de comunicaes setransformaram em um negcio de vrios bilhes de dlares, e o

nico aspecto do espao sideral que se tornou altamentelucrativo. Esses satlites de alta rbita so chamados comfrequncia satlites GEO (Geoestationary Earth Orbit).


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Com a tecnologia atual, no muito inteligente ter satlitesgeoestacionrios com espaamento muito menor que 2 grausentre eles no plano equatorial de 360 graus, a fim de evitarinterferncia. Com um espaamento de 2 graus, s pode haver

360/2 = 180 desses satlites no cu ao mesmo tempo. Noentanto, cada transponder pode usar vrias frequncias epolarizaes, com a finalidade de aumentar a largura de bandadisponvel.


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As principais bandas de satlite.


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Um novo desenvolvimento no mundo dos satlites decomunicaes a criao de microestaes de baixo custo, svezes chamadas VSATs (Very Small Aperture Terminals). Essespequenos terminais tm antenas de 1 metro ou menores (em

comparao com 10 metros para uma antena de GEO padro) epodem emitir cerca de 1 watt de energia. Geralmente, o uplink adequado para 19,2 kbps, mas o downlink com frequnciaexige 512 kbps ou mais. A televiso de difuso direta porsatlite utiliza essa tecnologia na transmisso de mo nica.


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VSATs utilizando um hub.


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Os satlites de comunicaes tm diversas propriedadesradicalmente diferentes dos enlaces terrestres ponto a ponto.Para comear, embora os sinais enviados e recebidos por umsatlite trafeguem velocidade da luz (aproximadamente300.000 km/s), a longa distncia de ida e volta introduz umretardo substancial para os satlites GEO. Dependendo dadistncia entre o usurio e a estao terrestre, e tambm daelevao do satlite acima do horizonte, o tempo total detrnsito est entre 250 e 300 ms. Um valo r tpico 270 ms (540

ms, no caso de um sistema VSAT com um hub).


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Outra propriedade importante dos satlites que eles sobasicamente meios de difuso. Enviar uma mensagem paramilhares de estaes localizadas na rea de cobertura de umtransponder no custa mais do que enviar a mensagem paraapenas uma estao. Para algumas aplicaes, essa propriedade muito til. Nos satlites, o custo de transmisso de umamensagem independente da distncia percorrida. O servio deuma chamada transcontinental no custa mais do que umachamada entre um lado e outro da rua.


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Exerccios:1. Se enquanto maior a frequncia mais livre de interferncia

a comunicao, porque no usamos o raio x ou raios gamanas telecomunicaes?

2. o que delimita a distncia entre torres ao se utilizarfrequncias acima de 100 Mhz?

3. Qual o problema entre as micro-ondas e a chuva?4. Qual a desvantagem em se utilizar feixe de infravermelho

pra redes de computadores?

5. Em sua forma mais simples como pode ser considerado umsatlite?

6. O que pode levar um usurio a escolher entre usar linksterrestres ou satlites?

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