IEEE 802.11 - Wi-Fi

IEEE 802.11 - Wi-Fi

Carlos A. Froldi

Tpicos em Redes de Comp. I

Prof. Edmundo Madeira

IEEE 802.11 - Wi-FiConsideraes iniciais e princpios de funcionamento

Proviso de qualidade de servio

Aspectos prticos e implementao

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoresoluo 802.11 do IEEE trata da padronizao de redes locais sem fio (WLANs), primeiro padro foi desenvolvido em 1997

meta fundamental era fornecer servios compatveis com as redes 802.3 (Ethernet)

Uma rede WLAN pode substituir ou estender uma rede local cabeada (LAN) provendo funcionalidades adicionais

O padro 802.11 especifica as camadas fsica e de controle de acesso ao meio (MAC)

Consideraes inicias e princpios de funcionamento

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFacilidades providas por uma rede WLAN:

Re-alocao de dispositivos sem a necessidade de alterao no cabeamento

Cobertura de locais com dificuldade de suportar uma rede cabeada

Prover mecanismos que permitam aos dispositivos pertencentes a mesma utilizar-se das facilidades providas pela computao mvel

Quando utilizadas em conjunto com as LANs podem prover aos dispositivos sem fio toda a infra-estrutura de acesso a Internet

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoAspectos a serem considerados na utilizao de Wlans:

Transmisso do sinal

Taxa de transmisso

Taxa de erros

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoA camada fsica do padro 802.11 ilustrada a seguir:

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoPLCP (Physical Layer Convergence Procedure)

Na transmisso fica esperando o recebimento de frames da camada MAC, converte os mesmos para que possam ser transmitidos e os envia a PMD

Na recepo efetua a operao inversa, ou seja, fica escutando o meio

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoPLCP (Physical Layer Convergence Procedure)

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoPMD (Physical Medium Dependent): Espalhamento de espectro por salto de freqncia (FHSS)

Espalhamento de espectro por seqncia direta (DSSS)

Infravermelho

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFHSS

Utiliza faixas de freqncia no licenciadas, ou seja banda ISM (Industrial Scientifc Medical)

Largura de banda disponvel dividida em vrios canais de freqncia

A estao, em curtos instantes de tempo durante a recepo e envio de dados, salta para outro canal seguindo um padro aleatrio

79 canais diferentes podem ser utilizados, iniciando em 2,402Ghz e variando em 1Mhz a cada canal

A taxa bsica de 1 a 2 Mbps utilizando a modulao gaussiana por chaveamento de freqncia (GSFK) de 2 ou 4 nveis respectivamente

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoDSSS

Transmisses simultneas so separadas por cdigos

Uma operao XOR realizada entre os dados originais e um fator de espalhamento e, como resultante tem-se a sub-diviso dos smbolos que constituem os dados em intervalos chamados chips

O espalhamento dividido em 11 subcanais, cada um com 11 Mhz

Cada smbolo espalhado utiliza uma seqncia de Barker de 11 chips (+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1)

Redes locais devem utilizar canais cujas freqncias sejam separadas por no mnimo 25 Mhz

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoDistribuio de canais no DSS:

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoOcupao dos canais no banda de transmisso:

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoUtilizao de mltiplos canais no DSS:

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoInfravermelho

Projetado para ambientes fechados

Ondas com comprimentos entre 850 950 nm

Transmisses com alcance de 10 metros

Taxas entre 1 a 2 Mbps utilizando modulao por posio de pulso (PPM)

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoExtenses ao padro original 802.11:

802.11b

802.11a

802.11g

Consideraes inicias e princpios de funcionamento802.11b

Tido como a primeira padronizao que possibilitou a redes sem fio funcionalidade comparvel a redes Ethernet

Recebeu o selo Wi-Fi, abreviao em ingls de Wireless Fidelity (Fidelidade Sem Fio) por um grupo denominado WECA

Utiliza na camada fsica uma extenso do DSSS, emprega um chaveamento de cdigo complementar (8-chip Complementary Code Keyng CCK) pode fornecer taxas de 5,5 a 11 Mbps

Compatibilidade com o padro original 802.11 garantido pela PLCP

Consideraes inicias e princpios de funcionamento802.11a

Utiliza multiplexao por diviso ortogonal de freqncia (OFDM)

opera na faixa de freqncia de 5 Ghz

OFDM divide o sinal em 48 subportadoras para prover taxas de 6 a 54 Mbps

Utiliza como modulaes: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM

Padro no mantm compatibilidade com 802.11 e 802.11b

Consideraes inicias e princpios de funcionamento802.11g

Utiliza OFDM, de forma similar ao padro 802.11a, porm em uma freqncia de 2.4 Ghz

Taxas de 6 a 54 Mbps

Padro mantm compatibilidade com 802.11 e 802.11b

Utiliza mesmas modulaes que o padro 802.11a

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoSubcamada de Acesso ao Meio (MAC)Servio de entrega confivel

Controlar o acesso ao canal sem fio

Proteger dados utilizando tcnicas de criptografia

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoSubcamada de Acesso ao Meio (MAC)

Emissor aguarda confirmao (ACK) do receptor aps envio de quadro, na ausncia do mesmo o quadro retransmitido

Retransmisso poderia ser implementada nas camadas superiores, porm mais eficiente efetuar este controle na camada MAC

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFuno de Coordenao Distribuda (DCF)

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFuno de Coordenao Distribuda (DCF)

Utiliza o CSMA/CA para acesso ao meio

Processo de backoff quando o meio est ocupado por um perodo DIFS

Estao calcula um tempo randmico levando em conta o tamanho da janela de conteno (CW)

Janela aumenta a cada transmisso mal sucedida e tempo de backoff recalculado

tempo de backoff decrementado sempre que o canal detectado ocioso durante o tempo DIFS, quando atinge valor zero a estao transmite

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoProblema da estao exposta e estao escondida

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFuno de Coordenao Centralizada (PCF)

Livre de conteno, baseia-se em consultas peridicas (polling) as estaes para determinar quem ter acesso ao meio

O AP geralmente implementa um ponto de coordenao

Estaes so consultadas periodicamente para utilizao do meio

Consideraes inicias e princpios de funcionamento Fragmentao

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoProteo e integridade dos dados:

Meio sem fio mais sensvel a intrusos

Implementa mtodos de cifragem na camada MAC

Atualmente Existem dois padres utilizados na prtica: WEP e WPA

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoAs redes Wlan podem ser divididas em 2 arquiteturas:

Rede Wlan Ad-hoc


Rede Wlan centralizada

Consideraes inicias e princpios de funcionamentoAumento da utilizao de Wlans: Reduo grande nos custos envolvidos

Utilizao de faixas de freqncias livres ou no licenciadas que simplificam sua utilizao

Aumento das taxas de transmisso

Proviso de Qualidade de ServioPropostas de diferenciao de servios baseados nas estaes:

PFC envolvem esquemas de consulta que levam em conta prioridade das estaes

DFC propostas elaboradas para trabalhar com priorizao de estaes, para isto alteram os parmetros da camada MAC

Proviso de Qualidade de ServioEsquema Aad

Altera os parmetros da camada MAC de acordo com a prioridade da estao

Parmetros alterados so: funo de aumento do backoff, CW min, DIFS e tamanho mximo do quadro

Estaes com maior prioridade tm maior agilidade para utilizao do meio

Na prtica oferece diferenciao apenas ao trfego UDP

Proviso de Qualidade de ServioEsquema Blackburst

Estaes de alta prioridade acessam o meio em intervalos iguais e constantes

Estao verifica se o meio est livre por um intervalo PIFS e ento envia o quadro

Se meio est ocupado a estao envia uma rajada (black burst) para congestionar o meio

Estaes de baixa prioridade utilizam o esquema convencional de acesso do 802.11

Proviso de Qualidade de ServioExtenso 802.11e

Criada para prover diferenciao por fluxo de dados e no por estao

Introduz uma camada de coordenao hbrida (HCF)

HCF possui um coordenador hbrido (HC), responsvel pela funcionalidade de QoS, geralmente implementado no AP

Estaes so chamadas de QSTAs (QoS Station)

Prove o modo de acesso EDCF que complementa o modo de acesso DCF para utilizao de diferenciao de servios


Disponibiliza 8 categorias de acesso (AC) nas QSTAs para suportar at 8 prioridades do usurio (UP)

Em cada estao uma ou mais UPs so atribudas para cada AC

Prioridades so atribudas atravs de configuraes dos parmetros da camada MAC (ex.valores de CW)

Novo tipo de intervalo chamado AIFS (DIFS + slot de tempo)

Cada categoria de trfego (TC) em uma estao comporta-se como uma estao virtual


TCs disputam o meio e implementam processos de backoff independentes (o que ocorre com backoffs que zeram ao mesmo instante de tempo???)

Para melhorar o desempenho e a utilizao do canal, as estaes realizam a transmisso de quadros em rajadas durante intervalos de tempo chamados TxOps

Os parmetros de QoS utilizados nas estaes so definidos pelo HC, sempre baseando-se em 8 prioridades, os mesmo so informados a cada QSTA para que possa haver o estabelecimento da funcionalidade de QoS

Aspectos prticos e implantaoDuas perguntas bsicas para iniciar um projeto de Wlan:

Utilizao em ambientes indoor (ex.dentro de um prdio) ou outdoor (ex.ligando dois prdios)??

Utilizao de antenas que utilizam propagao por espalhamento, direcional ou serial ??

Aspectos prticos e implantao Ominidirecional Direcional Setorial

Aspectos prticos e implantaoEstudo de caso da rede Wlan do IC

Padro adotado

Caractersticas fsicas do prdio

Prover mobilidade e conseqentemente comutao entre clulas

Aspectos prticos e implantaoDefinies importantes:

SSID (service set indentify)

Mtodos de cifragem de dados

Impacto de interferncias

Aspectos prticos e implantaoRTS/CTS utilizao ou no ??

T = ttr + tov

ttr - tempo de transmisso tov - tempo de overhead

Do tempo de overhead podemos concluir que:tov = DIFS + tpr + SIFS + tpr + tackO tempo tpr decorrente da transmisso do preamble e header da PLPC


DIFS = 50 usSIFS = 10 ustack = 10 us (para ACKS menores que 112 bits)tpr = 192 (para taxas maiores que 1Mbps) Considerando o frame de 1500 bytes podemos afirmar:

P = ttr / T = 0,70

Compatibilidade entre padres

Concluso Redes sem fio, em comparao a redes cabeadas, possuem limitaes quanto a taxa de transmisso Redes sem fio so mais sensveis a interferncias e rudos no sinal de transmisso, acarretando um esforo maior para administrao das mesmas No que diz respeito a segurana e integridade dos dados, redes sem fio so mais vulnerveis que redes cabeadas Deve-se optar por redes sem fio quando no h a possibilidade e/ou viabilidade para utilizao de cabosUtilizao do ISM uma faca de dois gumes

BibliografiaSite do Lab. de Redes sem fio da Intel - http://intel.lab.ic.unicamp.br/twiki/bin/view/INF504/Arquivos

Site do IEEE - http://grouper.ieee.org/groups/802/11/

Freitag, J Proviso de Qualidade de Servio em Redes IEEE 802.11 Dissertao de Mestrado Agosto de 2004

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