Computação Móvel

Uso de redes de computadores

Usuários Móveis (Tanenbaum, 1.1.3)

Hardware de rede (Tanenbaum 1.2) Redes sem Fio (1.2.4) Redes Domésticas (1.2.5)

Exemplos de redes

LANs sem Fio 802.11

Estação-Base

Ad Hoc

Transmissão sem Fio

O Espectro Eletromagnético. Transmissão de rádio. Transmissão por microondas. Ondas de infravermelho e

milimétricas. Transmissão por onda de luz.

O Loop Local (2.5.3) Modems

ADSL

Loops Locais sem Fio (redes sem fio fixas)

O Sistema de Telefonia Móvel Primeira geração: voz analógica - AMPS Segunda Geração: voz digital - D-AMPS - GSM - CDMA Terceira geração: voz e dados digitais

Bluetooth (4.6) Arquitetura do Bluetooth. Aplicações do Bluetooth. A pilha de protocolos Bluetooth. A camada de rádio do Bluetooth. A camada de banda-base do

Bluetooth. A camada L2CAP do Bluetooth A estrutura do quadro Bluetooth.

LANs Virtuais (4.7.6) VLAN define uma topologia lógica de

LANs separada da topologia física. VLANs para interconexão de LANs IEEE 802.1Q Ethernet e VLAN

Redes sem Fio de Banda Larga Comparação entre 802.11 e 802.16

(4.5.1) A pilha de protocolos 802.16 (4.5.2) A camada física 802.16 (4.5.3) O protocolo da sub camada MAC 802.16

(4.5.4) A estrutura de quadro 802.16 (4.5.5)

LANs sem Fio (Tanenbaum 4.4)

A pilha de protocolos 802.11 (4.4.1) A camada física 802.11 (4.4.2) O protocolo da subcamada MAC

802.11 (4.4.3) A estrutura de quadro 802.11 (4.4.4) Serviços no padrão 802.11 (4.4.5)

A Pilha de Protocolos 802.11

Subcamada MAC

Subcamada LLC

Camadas Superiores

IEEIEEE 802Infra-

vermelho802.11FHSS

802.11DSSS

802.11aOFDM

802.11bHR-DSSS

802.11gOFDM

Camada Física

Camada de Enlace

Camada Física IEEE 802.11 1997: Infravermelho, DSSS, FHSS banda estreita ISM de 2.4 GHz 1Mbps ou 2 Mbps.

1999: OFDM, HR-DSSS (alta velocidade e maior largura de banda), 54Mbps e 11Mbps, respectivamente.

LANs sem fio de alta velocidade IEEE 802.11a OFDM (primeira OFDM, 1999) banda estreita ISM de 5 GHz, até 54Mbps.

IEEE 802.11b HR-DSSS banda estreita ISM de 2.4 GHz, até

11Mbps. Alcance sete vezes maior que no 802.11a

IEEE 802.11g OFDM (2001, segunda OFDM, mas com banda de frequência diferente da primeira OFDM),banda estreita ISM de 2.4 GHz, até 54 Mbps.

Métodos de Alocação de Canais Métodos e sistemas de alocação de canais

para um canal comum FDM WDM TDM MACA / MACAW FHSS DSSS CSMA/CA (IEEE 802.11 combina CSMA com

MACAW) OFDM (alta velocidade) HR-DSSS (alta velocidade)

Camada Física 802.11 Cada uma das técnicas de

transmissão permitidas torna possível enviar um quadro MAC de uma estação a outra.

Essas técnicas diferem na tecnologia e na velocidade que podem ser alcançadas.

Subcamada MAC de Acesso ao Meio

Protocolos de LANs sem Fio (4.2.6) - MACA. - MACAW (MACA for Wireless). - CSMA/CA baseado em MACAW.

O Padrão IEEE 802.2 (LLC) (4.3.9)

Problema da Estação Oculta Nem todas as estações estão dentro

do alcance do sinal de rádio umas das outras.

Transmissões realizadas em uma parte de uma célula podem não ser recebidas em outras estações na mesma célula.

Estação Oculta

Estação Oculta Sejam três estações: A, B e C. B está na área de cobertura de alcance do

sinal de C. A está fora do alcance de sinal de C. Seja C estar transmitindo para B. Se A quer transmitir para B, A escuta o

canal. Mas, como B está ocupada, A não ouvirá nada e concluirá erradamente que pode transmitir para B.

Estação Exposta

Estação exposta É o inverso da estação oculta. Considere que B quer transmitir para

C, e portanto escuta o canal. Quando B ouve uma transmissão, B

conclui erradamente que não pode transmitir para C.

Embora, A, talvez esteja transmitindo para uma estação D (não mostrada).

CSMA/CD Com a Ethernet uma estação só precisa

esperar até o meio ficar inativo e começar a transmitir.

Se não receber de volta uma rajada de ruído dentro do tempo dos primeiros 64 bytes transmitidos, é quase certo que o quadro irá sr entregue corretamente.

No caso das LANs sem fio, essa situação não ocorre.

Sinais de Rádio

A maioria dos sinais de rádio é half-duplex, significando que estações não podem transmitir e ao mesmo tempo ouvir rajadas de ruído, em uma única (na mesma) frequência.

MAC 802.11 Para lidar com esses problemas, o 802.11,

opera na sub-camada MAC, com dois modos de operação:

DCF (Distributed Coordination Function), que não usa nenhum controle central (obrigatório).

PCF (Point Coordination Function), que utiliza uma estação-base para controlar todas as atividades em uma célula (opcional).

Com o DCF ... 802.11 utiliza o método de acesso na sub-

camada MAC, chamado CSMA/CA (CSAMA with Collision Avoidance – CSMA com Abstenção de Colisão)

CSMA/CA admite dois modos de operação: Convencional, com a detecção do canal físico. Baseado em MACAW e empregando a

detecção de canal virtual.

CSMA/CA convencional Quando uma estação quer transmitir,

ela escuta o canal. Se ele estiver ocioso, a estação

começará a transmitir. Ela não escuta o canal enquanto

estiver transmitindo, mas emite seu quadro inteiro, que pode ser destruído no receptor devido à interferência.

CSMA/CA convencional Se o canal estiver ocupado, a transmissão

será adiada até o canal ficar inativo, e então a estação começará a transmitir.

Se ocorrer uma colisão, as estações que colidirem terão que esperar um tempo aleatório, usando o algoritmo de recuo binário exponencial das redes Ethernet, e então tentarão novamente mais tarde.

CSMA/CA baseado em MACAW

Estrutura do Quadro 802.11

Controle de

QuadroDuração Endereço 1 Endereço 2 Endereço 3

Endereço 4

Seq

Dados Total de Verificação

2 2 6 6 6 2

6 0-2312 4

bytes

bytes

versão tipo subtipo Fr MF

Rep

Pot

Mais

W O

2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1bits

To

Controle de Quadro

Serviços 802.11

A Camada de Rede Roteamento por difusão (5.2.7) Roteamento por multidifusão (5.2.8) Roteamento por hosts móveis (5.2.9) Roteamento em redes ad hoc (5.2.10) IP Móvel (Internet) (5.6.7) IP Móvel no IPV6 (...)

Espectro de Dispersão Spread Spectrum

Quando se movem, no espaço livre (atmosfera terrestre ou mesmo no vácuo), os elétrons criam ondas eletromagnéticas que se propagam nesse espaço com suas frequências (número de oscilações por segundo) e que constituem o meio de transmissão dado pela natureza, compartilhado por transmissores e receptores.

Espectro Eletromagnético O conjunto infinito de frequências que

podem existir no espaço é delimitado e ordenado, para conter as frequências que podem ser utilizadas em telecomunicações.

A delimitação, a ordenação e a aplicação de certas faixas de frequências a determinadas formas de comunicação, define o que se chama de Espectro Eletromagnético e a maneira como ele é usado em comunicações.

Espectro de Dispersão É o espectro de frequências utilizado em

determinadas técnicas de transmissão, onde cada estação transmite sobre o todo o espectro, durante todo tempo.

FHSS (Espectro de Dispersão por Salto de Frequência)

DSSS (Espectro de Dispersão por Sequência Direta)

Redes sem Fio de Banda Larga Empresas de telefonia têm permissão para

oferecer serviços locais de voz e Internet de alta velocidade.

Há uma grande demanda por estes serviços.

Problema: estender par trançado categoria 5 ou cabos coaxial ou de fibra até milhares de residências é algo dispendioso.

Redes sem Fio de Banda Larga O que fazer ? Rede sem Fio de Banda Larga.

Como fazer ?Uma grande antena e antenas nos clientes é mais fácil e econômico.

Redes sem Fio de Banda Larga Empresas de telecomunicações:

Fornecer um serviço de comunicação sem fio de vários megabits para voz, Internet e filmes por demanda.

LMDS foi feito para este fim.

Redes sem Fio de Banda Larga Mas, cada concessionária elaborava seu

próprio sistema ...

Faltava padrões ...

Impossibilidade de produzir hardware e software em massa.

Preços elevados e aceitação baixa.

Redes sem Fio de Banda Larga Um padrão de banda larga sem fio

era o elemento-chave que estava faltando.

IEEE formou um comitê da indústria e acadêmico para elaborar um padrão.

IEEE 802.16 (julho de 1999)

Redes sem Fio de Banda Larga Padrão IEEE 802.16 final: abril de

2002.

“Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems”

(Interface Aérea para Sistemas Fixos de Acesso sem Fio de Banda Larga)

Redes sem Fio de Banda Larga MAN (Metropolitan Area Network)

sem Fio ou Loop Local sem Fio.

Redes sem Fio de Banda Larga:

(Bolcskey et al., 2001)(Webb, 2001)

IEEE 802.16 (Eklund et al., 2002)

Comparando 802.11 com 802.16 802.11 e 802.16 resolvem problemas

diferentes. 802.16 fornece serviço para edifícios e

edifícios não são móveis. Não migram de uma célula para outra.

802.11 lida com mobilidade, enquanto 802.16, não.

Edifícios podem ter muitos computadores. A estação final no 802.11 é um notebook.

Para edifícios, sinal de rádio melhor é essencial.

Assim, 802.16 deve usar comunicação full-duplex, algo que o 802.11 evita para manter baixo o custo do sinal de rádio (baixo, o custo dos rádios).

802.16 se estende sobre parte de uma cidade. Assim, as distâncias envolvidas podem ser de quilômetros, o que significa que a potência percebida numa estação-base pode variar de estação para estação.

Essa variação afeta a relação sinal/ruído, que, por sua vez define vários esquemas de modulação.

A comunicação aberta sobre uma cidade significa que a segurança e a privacidade são essenciais e obrigatórias.

Cada célula 802.16 deve ter muito mais usuários que uma célula típica 802.11.

Espera-se que usuários 802.16 utilizem maior largura de banda que um usuário típico 802.11.

Com o 802.16 é necessário mais espectro do que a banda ISM no 802.11.

802.16 opera na faixa de frequências de 10 a 66 GHz.

802.16 funciona através de ondas milimétricas.

Ondas milimétricas têm propriedades físicas diferentes das ondas de rádio, mais longas das bandas ISM.

O 802.11 é omnidirecional. As ondas milimétricas do 802.16

podem ser concentradas em feixes direcionais.

Ondas milimétricas são absorvidas pela intempérie (chuva, neve, granizo, nevoeiro, ... ).

QoS no 802.16: o padrão foi projetado para para Internet, telefonia, televisão e uso pesado de multimídia.

O 802.11 foi projetado para ser equivalente à Ethernet móvel.

O 802.16 pode ser usado para dispositivos móveis ?

Largura de Banda

Taxa de Bauds

Taxa de Bits É a quantidade de informação

enviada por um canal, no intervalo de tempo de 1 segundo.

É medida em bits/s (bps). É igual ao número de bits/amostra

multiplicado pelo número de amostras/segundo.

É igual ao número de bits/amostra multiplicado pela taxa de bauds.

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

Modulação por deslocamento de fase de quadratura.

Várias amplitudes e vários deslocamentos de frequência são combinados para transmitir diversos bits/símbolo.

Essa combinação de técnicas de modulação permite transmitir vários bits por baud.

Cada fragmento de informação transmitido (um símbolo) corresponde a uma amostra.

O número de amostras por segundo define a taxa de bauds.

1 baud é definido em função do número de bits numa amostra.

Modem V.90 – 56 Kbps 56 Kbps = 56000 bps Teorema de Nyquist (1924) Taxa máxima de bits por segundo = 2H.log2 V bits , onde H é largura de banda em Hz e V é o

número de níveis discretos (0 e 1). 2 . 4000 . log2 2 = 8000 . 1 = 8000 amostras/s Ou 8000 bauds (taxa de bauds). Nos USA, cada amostra tem 8 bits, mas 7 bits 1 bit é usado

para controle e os 7 restantes para o usuário. Então, temos 56000 bits/s ou 56 Kbps.

Na Europa, cada amostra tem 8 bits e todos os 8 bits estão disponíveis para o usuário. Então, temos 64000 bits/s ou 64 Kbps.

No acordo internacional sobre um padrão de modem, foi escolhido o valor de 56000 bps.

Amplitude e Fase

Amplitude = distância do ponto à origem. Se as distâncias dos pontos à origem são iguais, diz-se que a amplitude é constante.

Fase de um ponto = ângulo que uma linha dele até a origem forma com o eixo x positivo.

QPSK Figura (a)

QAM-16 Figura (b)

QAM-64 Figura (c)

QAM-16 QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation)

Uma estrutura de modulação, na qual são usadas quatro amplitudes e quatro fases, dando um total de 16 combinações diferentes.

Esquema de modulação que pode ser usado para transmitir 4 bits por símbolo/baud.

QAM-64 QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation)

Uma estrutura de modulação, na qual são usadas 16 amplitudes e 4 fases, dando um total de 64 combinações diferentes.

Esquema de modulação que pode ser usado para transmitir 6 bits por símbolo/baud.

Segurança em Redes sem Fio

Tanenbaum (8.6.4)

Segurança de Redes 802.11

Segurança do Bluetooth

Segurança do WAP 2.0

Segurança no IEEE 802.11i