COMO EVOLUÍRAM AS NORMAS WI-FI IEEE...

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Porto, Novembro de 2013 Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores COMO EVOLUÍRAM AS NORMAS WI-FI IEEE 802.11? 1MIEEC01-Equipa B Ana Filipa Pinheiro (201304981) Ana Luísa Anes (201303073) Bárbara Pereira (201302915) Daniela Afonso (201303107) Supervisor: Professor Sílvio Abrantes Monitor: Vasco Pinto

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Porto, Novembro de 2013

Mestrado Integrado em Engenharia

Eletrotécnica e de Computadores

COMO EVOLUÍRAM AS NORMAS

WI-FI IEEE 802.11?

1MIEEC01-Equipa B

Ana Filipa Pinheiro (201304981)

Ana Luísa Anes (201303073)

Bárbara Pereira (201302915)

Daniela Afonso (201303107)

Supervisor: Professor Sílvio Abrantes

Monitor: Vasco Pinto

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Resumo

Ao longo dos anos tem-se verificado uma enorme evolução tecnológica e para

isso estabeleceu-se um método de ligação à Internet sem fios pelo wi-fi , através da

norma IEEE 802.11 , norma esta criada pelo Institute of Electrical and Eletronics

Engineers que regula a rede WLAN ( Wireless Local Area Network ) mundialmente,

providenciando diferentes características e especificações a cada um dos tipos de rede

wireless.

Tal como é expectável, a norma 802.11 tem várias finalidades tais como a

capacidade de garantir a comunicação entre várias localidades ou mesmo locais mais

afastados geograficamente , visando um baixo custo para um elevado número de

utilizadores.

A norma mencionada, tal como todos os tipos de tecnologias possui os seus

prós e os seus contras. A sua facilidade de acesso é uma das principais vantagens e

também o seu baixo custo de instalação. Por sua vez, a facilidade de acesso pode ser

uma desvantagem, favorecendo acessos não autorizados a computadores de outros

utilizadores.

As principais especificações da norma 802.11 são a, b, g, n, ac e está

actualmente a ser desvolvida a na, que será de qualidade e velocidade superiores até

às agora existentes.

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Agradecimentos

Ao Professor Doutor Silvio Abrantes pela distribuição dos temas propostos

para a disciplina “Projeto FEUP” e pela sua colaboração.

Ao monitor Vasco Pinto, que sem a sua ajuda, tudo seria mais difícil.

À Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, pelos meios

disponibilizados e pelas palestras proporcionadas na primeira semana , “Semana de

Receção”.

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Índice

Introdução ..................................................................................................................................... 4

1. Wi-Fi: evolução e funcionamento ......................................................................................... 5

2. Vários tipos de Rede .............................................................................................................. 8

3. Vantagens e desvantagens do Wi-Fi ..................................................................................... 9

4. A influência do IEEE e do seu comité 802.11 nas redes wireless ........................................ 11

5. Objectivos da norma 802.11 ............................................................................................... 14

6. Norma 802.11 ...................................................................................................................... 15

7. Estudo .................................................................................................................................. 19

7.1. Método: ............................................................................................................................ 19

7.2. Resultados: ...................................................................................................................... 19

7.3 Conclusão do estudo: ....................................................................................................... 20

8. Conclusão ............................................................................................................................ 21

9. Bibliografia .......................................................................................................................... 22

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Introdução

O trabalho a realizar é sobre sobre “Como evoluíu a norma IEEE 802.11?” e

surgiu no âmbito da disciplina “Projeto FEUP”.

A ideia da construção do texto para o trabalho teve como ponto de partida a

seguinte frase: “ O mundo das tecnologias de informação e comunicação está a ser

revolucionado pela […] difusão de vários sistemas de redes wireless.” (José António

Carriço e António João Carriço)

No início do trabalho faz-se uma pequena introdução ao conceito Wi-Fi, a sua

evolução e o seu modo de funcionamento.

Descreve-se os tipos de Rede do WLAN e de seguida dedica-se uma parte do

trabalho às vantagens e desvantagens do Wi-Fi.

Depois é abordada a influência e importância do IEEE e do seu comité 802.11,

nas redes wireless e os seus objetivos. No fim do trabalho, descreve-se em pormenor a

Norma 802.11.

Ao longo deste trabalho os autores propõem-se caracterizar a Norma 802.11,

bem como provar que a rede wireless foi uma das principais revoluções dos meios de

comunicação e tecnologias atuais!

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1. Wi-Fi: evolução e funcionamento

Ao longo da evolução das tecnologias criou-se a necessidade de nos ligarmos à

Internet e transmitir dados sem quaisquer fios, devido ao facto de se tornar incómodo

a utilização de cabos.

Surgiu em 1995 pela empressa Ericsson a primeira invenção associada ao conceito

“sem fios” , o “Bluetooth”, que permitiu transmitir dados entre vários dispositivos, mas

sem fios. Este foi o primeiro passo para a comunição sem fios.

O IEEE, da qual falaremos nos próximos tópicos do trabalho, juntou se à WECA,

formando o WLAN (Wireless Local Area Network), WWAN (Wireless Wide Area

Network) e o WPAN (Wireless Personal Area Network), sendo o WWAN a rede maior,

devido ao facto de abranger maior território geográfico e a mais pequena o WPAN. A

rede WLAN será a mais importante para este trabalho, pois é nessa que opera a norma

IEEE 802.11, estando incluído o Wi-Fi .

Figura 1-Logotipo da Wi-Fi Alliance

Fonte: http://www.semiwiki.com/forum/content/1510-tensilica-joins-wi-fi-alliance.html

Após várias tentativas e falta de padrões,

algumas empresas nomeadamente, a 3com,

Nokia, Lucent Tecnologies (atualmente

designada por Alcatel-Lucent) e Symbol

Tecnologies, juntaram-se em 1999 para acabar

com a ambiguidade dos padrões e das normas

formando a WECA (Wireless Ethernet

Compatibility Alliance) que em 2003 se passou a

chamar Wi-Fi Alliance.

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O Wi-Fi é baseado nas normas do IEEE 802.11, que é um conjunto de

especificações para as redes sem fios. Esta tecnologia permite conectar computadores

(com capacidade de comunicaçao sem fios) , telemóveis, tablets , entre outros, numa

área próxima sem que seja necessário usar cabos para que haja transmissão de dados.

Essa transferência é feita por meio de radiofrequências (2,4 a 5 GHz).

A norma 802.11 estipula que a transmissão de dados seja feita por ondas de

rádio que se propagam pelo ar á velocidade da luz , pois são ondas eletromagnética,

podendo cobrir extensões de 100m ( em locais interiores) e 300m( em locais

exteriores).

Para se ligar à Internet com wireless é necessário um router que recebe o sinal,

e que por sua vez o codifica e envia para a antena. Para ter acesso à transmissão é

necessário estar inserido num hotspot (um raio de ação onde se recebe o sinal

codificado). O raio de ação depende do router e da antena utilizados.

Ao longo da história do Wi-Fi os especialistas têm alterado algumas normas

para possibilitar uma transferência de dados com velocidades superiores às anteriores,

como demostra o gráfico, no quadro a seguir apresentado.

Figura 2- Evolução da velocidade de transferência de dados

Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorial802-11ac/pagina_1.asp

Mbps

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Para que haja maior velocidade nas transmissões deve-se aumentar a largura

da banda, para que possa haver uma maior receção de dados. Neste momento está a

ser utilizada a norma 802.11ac e já está a ser desenvolvida a 802.11ad.

As especificações da norma vão variando devido à melhoria da velocidade e das

frequências a que elas operam.

Figura 3 -Evoluçao do WLAN

Fonte:http://img.ibxk.com.br/2012/5/materias/92

52510322214487-o.jpg

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2. Vários tipos de Rede

As dimensões geográficas da rede sem fios têm sofrido várias alterações, desde

alguns metros a cidades, países e até continentes.

A principal diferença das MAN e das LAN é que as MAN utilizam meios de

transmissão proporcionados por companhias de telecomunicações.

Figura 4- Local Area Network

Fonte: http://www.sodahead.com/fun/is-a-local-

area-network-in-australia-a-lan-down-

under/question-3697705/?link=ibaf&q=&esrc=s

Figura 5- Metropolitan Area Networks

Fonte:http://networkingelearnsite.blogspot.pt/201

2/07/metropolitan-area-network-man-in.html

MAN- Metropolitan Area Networks,

são designadas por rede de área

metropolitana. Esta rede é usada para

interligar computadores ou outros

aparelhos disponíveis dentro da mesma

área metropolitana.

LAN- Local Area Networks, são

redes locais geralmente limitadas, por

exemplo, a um determinado andar de um

edifício, às instalações de uma empresa ou

organização. Em algumas situações a rede

pode abranger vários edifícios dentro dos

limites da propriedade da empresa ou um

campus universitário.

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3. Vantagens e desvantagens do Wi-Fi

A principal vantagem das redes locais sem fios é, sem dúvida, o facto de

oferecerem aos utilizadores acesso à informação em qualquer lugar e em tempo real e

poder ser usada por várias pessoas ao mesmo tempo.

No entanto, há outros benefícios no uso deste tipo redes, tais como a rápida

instalação visto que não é preciso usar cabos, nem fazer obras para a montagem do

sistema. Assim esta tecnologia sem fios permite que a rede chegue onde os cabos não

conseguem chegar.

Figura 6- Utilização do Wi-Fi

Fonte: http://profreporter.blogspot.pt/2009_09_01_archive.html

Figura 7- Acesso sem fios

Fonte:http://antiga.ajuda.sapo.pt/internet/sapo_adsl/redes_sem_fios/o_que

_e_uma_rede_sem_fios_ou_w.html

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A relação qualidade/preço também é ótima, porque apesar do custo de

manutenção ser baixo, as redes wireless têm uma alta imunidade a ruídos, ou seja,

uma reduzida possibilidade de interferências, o que garante a qualidade do sinal e a

integridade das informações.

Nestas redes o mais importante é o utilizador, uma vez que existe uma palavra

passe que protege a rede contra ataques externos e ainda podemos fazer uma

configuração personalizada da mesma rede.

Apesar de todas as medidas de segurança adotadas ainda não são suficientes,

visto que há indivíduos capazes de as ultrapassar e desencriptar.

Outro aspeto relevante é a taxa de transmissão de informação da rede Wi-Fi,

porque embora esteja a ser desenvolvida e a crescer exponencialmente, ainda é

bastante mais lenta quando comparada com as redes locais com fios.

Figura 8- Segurança da rede wireless

Fonte: http://conectadosnasredes.blogspot.pt/2012/11/seguranca-

wireless_5.html

11

4. A influência do IEEE e do seu comité 802.11 nas redes

wireless

O IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers) é uma organização sem fins

lucrativos, a maior em termos de sócios, que existe mundialmente e foi fundada nos

Estados Unidos em 1963.

Da criação desta fundação fizerem parte dois institutos, o Institute of Radio

Engineers (IRE) e o American Institute of Electrical Engineers (AIEE) e juntos criaram o

IEEE.

O IEEE tem várias sucursais em todo mundo, como por exemplo a “Portugal

Section” e também um núcleo estudantil dna FEUP, e nelas trabalham sobretudo

engenheiros electrotécnicos, engenheiros da computação ou informáticos, cientistas

da computação, profissionais de telecomunicações, entre outros.

O principal objectivo deste instituto é, por isso, promover e aumentar o

conhecimento nos ramos das engenharias electrotécnicas, informáticas e de

computadores.

Figura 9 - Logótipo do IEEE

Fonte:http://collaboratecom.org/2013/show/home

Figura 10 – Utilização de um computador

Fonte: http://www.llcinformatica.com/

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Não só prima pela sua investigação de excelência, mas também pelas várias

publicações que vai editando, como por exemplo, as suas revistas e jornais e ainda as

conferências que organiza.

A determinada altura do seu desenvolvimento, o IEEE constituiu diversos

comités. Um deles designa-se genericamente por 802.x, onde x representa um

número e a área em que um determinado comité é especializado.

O comité 802 foi criado em Fevereiro de 1980. O número 802 tem um

significado que deriva da data em que o comité foi criado, ou seja, “80” indica o ano e

“2” o mês da criação.

Tal como as normas para as redes locais fixas, também as normas para as redes

wireless (redes locais sem fios) foram desenvolvidas por comités do IEEE. No caso das

redes LAN wireless, a designação genérica da norma é 802.11.

Figura 11- Conferência do IEEE

Fonte: http://www.link.pt/

Figura 12- Comité 802.11 do IEEE

Fonte: http://www.ieee802.org/11/

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Este comité está dividido em grupos e de todos os grupos merecem uma

especial atenção o 802.11, o 802.11a,o 802.11b, o 802.11 g, o 802.11 n, o 802.11 ac. É

preciso não esquecer que existem outros grupos e a cada um deles pertence uma

especificação para redes wireless.

Nas redes locais sem fios, o meio de transmissão usado é o ar. Como não é

usado qualquer tipo de cabos, as condições de propagação são diferentes, havendo

por isso maior probabilidade de ocorrência de erros de transmissão de uma trama, que

é maior quanto maior for o comprimento dessa trama.

A norma 802.11 permite a fragmentação das tramas, para ser possível reduzir a

probabilidade de ocorrência de erros de transmissão.

É então perceptível a relevância e utilidade deste comité do IEEE na evolução

da qualidade das redes wireless, principalmente no caso da rede LAN wireless.

Figura 13 - Logótipo Wi-Fi

Fonte:http://new.netica.org.br/educadores/blog-

netica/navegue-com-seguranca-em-redes-moveis-e-wi-fi

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5. Objectivos da norma 802.11

Há uma grande necessidade de garantir a máxima compatibilidade entre as

diferentes componentes de uma rede informática. Assim sendo, as atividades de

normalização surgem como algo de extrema importância nesta área tecnológica.

São várias as organizações que contribuem para a elaboração das normas e entre

elas está o IEEE que realiza atividades de normalização para redes de área local com e

sem fios.

O principal objetivo das tecnologias de redes locais sem fios e mais concretamente

da tecnologia 802.11 é o de garantir a comunicação em áreas geográficas como

domicílios, escolas, zonas citadinas e com elevado número de utilizadores, sem a

existência de infra-estruturas dispendiosas.

Figura 14 – Wi-Fi Zone

Fonte:

http://conexaobuenosaires.wordpress.com/2010/11

/29/wi-fi-world/

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6. Norma 802.11

802.11

o Norma WLAN original ;

o Suporta débitos de 2 Mbps e 1 Mbps;

o Frequência: entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz.

802.11b

o Melhoramento da norma 802.11 para suportar 5,5 e 11 Mbps;

o Alcance de 46m indoors e 96m outdoors;

o Desvantagens: alta interferência;

o Vantagens: baixo preço dos dispositivos, largura da banda

gratuita, disponibilidade gratuita em todo o mundo;

o Frequência: entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz.

Figura 15 - Wi-Fi: Principais normas

Fonte:http://techbeat.com/2013/07/wifi-802-11ac-

what-is-it-and-how-fast-is-it/

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802.11a

o Norma com diferentes taxas de transmissão: 6 Mbps, 9 Mbps, 12

Mbps, 18 Mbps, 24 Mbps, 36 Mbps, 48 Mbps e 54 Mbps;

o Frequência: 5 GHz;

o Vantagens: velocidade, ausência de interferências;

o Desvantagens: incompatibilidade com os padrões 802.11 original

e 802.11b.

802.11g

o Elevado débito – 54 Mbps teórico, 30 Mbps real;

o Desvantagens: alta interferência;

o Vantagens: velocidade, ou seja, taxa de transmissão superior ás

interiores;

o Frequência:2,4 GHz.

802.11c

o Pouco interesse para o grande público;

o Modificação da norma 802.11.

802.11d

o Internacionalização;

o Suplementar à 802.11 cujo objetivo é permitir uma utilização

internacional das redes locais.

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802.11e

o Especifica os requisitos para fornecer qualidade ao serviço;

o Define as necessidades dos diferentes pacotes em termos de

banda;

o Agrega qualidade de serviço (QoS).

802.11f

o Retirada em 2006;

o Recomendações que permitem melhorar a interoperabilidade

em pontos de acesso (AP) sem fios de diferentes fabricantes.

802.11h

o Visa aproximar a norma 802.11 do padrão europeu.

802.11n

o Melhoramento para um débito mais elevado utilizando MIMO

(Multiple-Input Multiple-Output);

o Taxas de transferência disponíveis: 65Mbps a 300Mbps e

teoricamente pode atingir os 600Mbps;

o Método de transmissão MIMO-OFDM;

o Faixa de frequência: 2,4 GHz e/ou 5 GHz.

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802.11i

o Melhoramento da segurança das transmissões- gestão e

distribuição das chaves, codificações e autenticação;

o Baseia-se no AES ( Advanced Encryption Standard) e propõe uma

codificação das comunicações para as transmissões que utilizam as

normas 802.11a , b e g.

802.11 ac

o Iniciado em 2012;

o Frequência: 5 GHz;

o Velocidadede transmissão até 1 Gbps;

o Trabalha com o esquema MU-MUMO (Multi-User MIMO).

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7. Estudo

7.1. Método:

De acordo com os dados estatísticos do INE (Instituto Nacional de Estatística), e

segundo a Autoridade Nacional de Comunicações (ANACOM), após inquéritos com

uma periocidade anual, com a última atualização a 26/07/2013, apresentamos a

seguinte tabela de resultados.

7.2. Resultados:

Período de referência dos dados Tipo de rede

Acessos à Internet em banda

larga por 100 habitantes (%) por

Tipo de rede; Anual

Localização geográfica

Portugal

PT

%

2012

Total x

Rede fixa 22,8

Rede móvel 33,1

Outro tipo de redes x

2011

Total x

Rede fixa 21,3*

Rede móvel 27,7*

Outro tipo de redes x

2010

Total x

Rede fixa 20

Rede móvel 24,1

Outro tipo de redes x

2009

Total x

Rede fixa 18

Rede móvel 20,4

Outro tipo de redes x

2008

Total x

Rede fixa 15,9

Rede móvel 10,9

Outro tipo de redes x

Figura 16- Quadro com dados estatísticos

Fonte:

http://www.ine.pt/xportal/xmain?xpid=INE&xpgid=ine_base_dados

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7.3 Conclusão do estudo:

De acordo com os resultados apresentados pela tabela, no ano de 2008 verifica-se

que a percentagem de utilizadores da rede fixa é superior cerca de 5%, face à rede

móvel.

No entanto, ao longo dos anos, pode-se verificar que há uma inversão na

preferência dos utilizadores.

A partir de 2009, a rede móvel passa a ter maior influência em relação à rede fixa,

chegando a existir uma diferença de 10% entre as duas redes em estudo, em 2012.

Uma vez que isto se verifica, pode-se concluir que há uma maior necessidade de

utilizar uma rede móvel e ter acesso à informação em qualquer lugar e em tempo real,

sempre que seja útil e necessário ao utilizador.

Visto que a realidade atual exige estarmos permanentemente em contacto,

atualizados e informados e que a forma de trabalhar está constantemente em

mudança, ou seja, podemos trabalhar fora do local de trabalho, o uso da rede wireless

como rede móvel poderá evoluir exponencialmente.

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8. Conclusão

A utilização das redes sem fios permitem, como se pode concluir do trabalho

realizado, uma maior flexibilidade e facilidade de utilização.

Depois de revistas algumas bibliografias sobre este tema, e apesar de estas

redes apresentarem algumas desvantagens, poder-se-á concluir que as redes sem fios

irão ocupar um importante lugar, tanto a nível nacional, como no plano mundial, uma

vez que é uma tecnologia relativamente recente, que sofrerá num futuro próximo

correções e ajustes,das quais beneficiarão positivamente todos os seus utilizadores.

Em suma é uma tecnologia que está em permanente evolução e

aperfeiçoamento.

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9. Bibliografia

http://www.eletrica.ufpr.br/mehl/te155/aulas/5-1-IEEE802.11.pdf (12/10/2013)

http://paginas.fe.up.pt/~ee05005/tese/arquivos/ieee80211.pdf (12/10/2013)

http://ipoint-tech.com/wireless-networking-wi-fi-advantages-and-disadvantages-to-wireless-

networking/ (8/10/2013)

http://www.ine.pt/xportal/xmain?xpid=INE&xpgid=ine_indicadores&indOcorrCod=0006869&c

ontexto=bd&selTab=tab2 (8/10/2013)

http://pt.scribd.com/doc/39133560/47/VANTAGENS-E-DESVANTAGENS (15/10/2013)

http://www.slideshare.net/danimateus/evoluo-das-redes-sem-fios-e-respectivo-impacto-

actividade-integradora (12/10/2013)

http://pt.kioskea.net/contents/790-introducao-ao-wi-fi-802-11-ou-wifi (12/10/2013)

http://eletrotecnia.com/telecomunicacoes-ited-comunicacoes-moveis/comunicacoes-

moveis/wlan-wifi-wimax-redes-moveis/23-normas-ieee-80211.html (8/10/2013)

http://paginas.ispgaya.pt/~masantiago/ris/mon/802_11.pdf (15/10/2013)

Carriço, J.A. & Carriço, A.J. –“ Arquitectura Técnica de Sistemas de Informação” (2004), editora

CHAMBEL,Lisboa

Monteiro,Edmundo & Boavida,Fernando –“Engenharia de Redes Informáticas”,editora

FCA,Lisboa