La ns sem fio

LANS SEM FIO (WIRELESS LANS)

Prof. Dr. Fernando Almeida

Introdução

� Nomadismo� habilidade de se movimentar, mas sem

manter o serviço� Aeroportos, shoppings, etc� Aeroportos, shoppings, etc

� Mobilidade� habilidade de se movimentar mantendo a

disponibilidade do serviço

Usuário Nômade

CMCMCMCM

Freqüência 1

Freqüência 2

Obs: Estações nômades podem trocar de freqüência/cé lula

Mobilidade: definição ITU-T

� Fixed wireless access (FWA): Aplicação de acesso wireless onde a localização do dispositivoterminal e o respectivo ponto de acesso à rede sãofixos;

� Mobile wireless access (MWA): Aplicação de � Mobile wireless access (MWA): Aplicação de acesso wireless onde a localização do dispositivoterminal é móvel;

� Nomadic wireless access (NWA): Aplicaçãode acesso wireless onde o dispositivoterminal pode estar em diferentes lugaresmas deve estar estacionário durante o uso.

Tipos de mobilidade: IETF

� Mobilidade Global ou Macro� Mobilidade sobre uma grande área, incluindo,

inclusive procedimentos de registro de endereço, quando a movimentação ocorre entre endereço, quando a movimentação ocorre entre domínios

� Mobilidade Local ou Micro

� Mobilidade sobre uma área restrita. Mobilidade dentre de um mesmo domínio IP e uso de sinalização dentro de uma mesma rede de acesso

Suporte para mobilidade: IETF

� Suporte a Mobilidade de Hosts� Conjunto de funcionalidades para o suporte a

um host trocar seu ponto de acesso à rede, sem interromper o fluxo de pacotessem interromper o fluxo de pacotes

� Suporte a Mobilidade de Rede

� Funcionalidades que permitem uma rede inteira mudar seu ponto de acoplamentocom o backbone

Meios para a Mobilidade

� Telefonia Celular� Já oferece mobilidade há muito tempo, com

mecanismos para handover

� PCS – Personal Communication Systems� Evolução em várias características da comunicação � Evolução em várias características da comunicação

celular

� Comunicação de Dados em ambiente Wireless� Uso de tecnologias como WiFi e WiMAX

� A mobilidade está evoluindo, do nomadismo para a mobilidade geral

� A mobilidade geral leva à necessidade de mecanismo de handover

Mobilidade e Convergência

� A convergência está unificando e integrando as aplicações num ambiente de comunicação de dados;

� Convergência, aplicações multimídia e a � Convergência, aplicações multimídia e a interatividade levam a necessidade de lidar com controle de QoS;

� Mobilidade geral, convergência, aplicações multimídia e a interatividade levam ao conceito de “any thing, any time, anywhere”;

Any thing, Any time, Any where

Any Thing(qualquer serviço)

• Qualquer tipo de tráfego ou serviço;• Multimídia, voz e dados;• Com interatividade;• Com melhor QoS possível;• Vários modelos de aplicação;• Modelos de delivery.

SignificadoFim-a-fim.

Any Time(em qualquer hora)

Any Where(a qualquer lugar)

• Continuidade de serviço;• Serviço disponível a qualquer instante;• Desde que o usuário tenha algum acesso;

• Mobilidade geral;• Independentemente de provedor ou,• Tecnologia de acesso;• Com melhor QoS possível;• Melhor relação custo/benefício.

Fim-a-fim.

Centradono

Usuário.

Framework para Any Thing, Any Time,

Any Where

Rede de Acesso[Frame Relay]

Rede de Acesso[ATM]

Rede de Acesso[SDH]

Sistema Provedor deConteúdo e Serviço



Gerência de RedeGerência e Controle de QoS

Backbones (IP, MPLS, DiffServ,...)

Rede de Acesso[ADSL]

PAN[Bluethooh]

PAN[802.11 ad hoc]

Rede de Acesso[WiFi]

Rede de Acesso[WiMax]

Rede de Acesso[Mobile IP]Rede de Acesso

[Digital TV]

Cenário atual

� Mobilidade e interatividade multimídia

Cenário atual

� TV Digital Interativa

TV Digital Interativa

� Herda o conceito bidirecional

DVB Core

Region 1

Region 2

LocalDVB-H

Services

DVB-H

CoreNet

CDSContentDeliverySystem

ADSL

Mobile Core

StreamingServer AAA, Charging

User DataRepository

GGSN SGSN

UTRAN

DVB-H

Exemplo de Aplicação (1)

� TV Digital e Interatividade

� Reportagem ao vivo

Alguém está vendo TV: Noticiário Diário:

Mas, algo acontece, bem longe dali:


� Entrevista, reportagem ao vivo

Alguém telefona …

Pedindo

ajuda e …

… obtendo

fama!


� Entrevista, reportagem ao vivo

…o Noticiário!

Porque é possível enviar

imagem ao vivo para …imagem ao vivo para …

Futuro da busca na Internet

� Dispositivo móvel

� Acesso Wireless

� Banco de dados geográfico e de geográfico e de imagens

� Processamento de imagens

Futuro da busca na Internet

Redes sem Fio - Introdução

� Alternativa ao cabeamento

� Áreas abertas muito grandes (plantas industriais, supermercado, etc)

� Prédios antigos e/ou históricos� Prédios antigos e/ou históricos

� Escritórios pequenos

� Interconexão de Prédios� Link ponto-a-ponto entre prédios

� Não é uma LAN, mas suas tecnologias são wireless

Wireless LAN com uma célula

CMUM

CM

Célula Wireless

CM: Control ModuleUM: User Module

Wireless LAN com várias células

CM

UM

CM

UM UM

UM

UM UM

UMUM

CM UMUM

UM

UM

Freqüência 1

Freqüência 2

Freqüência 3

Wireless LAN com várias células

Redes sem Fio - Introdução

� Tecnologia que mais cresce nos dias atuais

� Encontradas em campi universitários, em edifícios comerciais e em vários órgãos do setor públicosetor público

� IEEE 802.11 – LAN sem Fio (WLAN)

� Arquitetura� Basic Service Set (BSS)

� Extended Service Set (ESS)

Basic Service Set (BSS)

� Base de uma rede LAN sem fio (WLAN)

� Formada por estações wireless fixas ou móveis e, opcionalmente, por uma estação-base conhecida como AP (Access Point)base conhecida como AP (Access Point)

� Uma BSS sem AP é uma rede isolada e independente que não pode transmitir dados para outras BSSs� São capazes de se localiza e concordar entre si

� Faz parte de uma única BSS

Nota

� Uma BSS sem um AP é conhecida como rede ad-hoc

� Uma BSS com um AP é conhecida como redeinfra-estruturada

Extended Service Set (ESS)

� É formada por duas ou mais BSSs com AP

� BSSs são conectadas por meio de um sistema de distribuição (normalmente é uma LAN com fio)com fio)

� Um sistema de distribuição interliga as BSS via APs

� Composta por dois tipos de estações: móveis e fixas� Móveis – estações comuns de uma BSS

� Fixas: estações especiais - APs

ESS – Extended Service Set

BSS e ESSBSS

Rede deDistribuição

Basic Services

ESS

Rede deDistribuição

Extended Services

Basic Services Basic Services

Outro exemplo

Distribution System (DS)

Tipos de Estação

� Sem transição� Estação fixa (não pode se movimentar) ou pode se

movimentar apenas dentro da BSS

� Transição inter-BSS� Estação com mobilidade de transição, pode ser � Estação com mobilidade de transição, pode ser

movimentar entre BSSs, confinada a mesma ESS

� Transição inter-ESS� Estação com mobilidade de transição inter-ESS, pode

se movimentar entre ESSs

� O padrão 802.11 não assegura que a comunicação será contínua durante a transição entre ESSs

Redes Ad-hoc

� Não requer uma infra-estrutura como um backbone ou pontos de acesso

� Todos os terminais funcionam como roteadores

� Protocolo usado OLSR (Optimized Link State � Protocolo usado OLSR (Optimized Link State

Routing Protocol)

� Não há topologia predeterminada

� A comunicação entre os nós é feita diretamente entre eles

� Os próprios terminais são responsáveis pela organização e controle da rede

Redes Ad-hoc

� Computadores interligados sem a utilização de um ponto de acesso (Access Point)

� Este tipo de conexão é inteiramente privado, onde um computador da rede se torna o onde um computador da rede se torna o controlador dela

� Muito utilizada para a transferência de arquivos entre computadores, ambiente de treinamento e reuniões (rede temporária)

� Pode ser utilizado para compartilhamento de Internet

Exemplos de uma rede Ad-hoc

Redes infra-estruturadas

� É composta por um AP (Access Point ou Ponto de Acesso) e clientes conectados a ele

� O AP realiza um papel semelhante a um HUB ou roteador, fazendo assim uma ponte entre ou roteador, fazendo assim uma ponte entre a rede cabeada e a rede sem fio

� A ligação física entre ambas é feita de modo simples� Conexão de um cabo Ethernet da rede cabeada

convencional ao ponto de acesso, onde este permitirá o acesso sem fio de seus clientes

Exemplo de uma rede Infra-

estruturada

AP: Access Point

Estação que provê acesso ao Sistema de Distribuição

Portal

� Ponto lógico onde dados de uma LAN (não 802.11) acessa o Sistema de Distribuição

Arquitetura 802.11 completa

ACESSO MÚLTIPLO


Introdução

� Enlace (ou canal) dedicado disponível entre o emissor e receptor� Exemplo: Conexão Internet usando PPP

� Compartilhamento de canal (não dedicado)� Ligação de um celular para outro� Ligação de um celular para outro

� Camada de enlace divida em duas camadas� Subcamada superior

� Responsável pelo controle do enlace de dados

� Subcamada inferior� Responsável pelo controle de acesso a meios físicos

compartilhados

Camada de Enlace de dados

Camada de enlace

Controle de fluxo e erros – Logical Link

Control (LLC)

Divisão IEEE para LANs

Também conhecida como Media Access

Control (MAC)

Acesso múltiplo

� Quando os nós são conectados em um enlace comum, há a necessidade de um protocolo de acesso múltiplo� Responsável por coordenar o acesso ao meio � Responsável por coordenar o acesso ao meio

físico (link)

� Similar às regras para se ter a palavra em uma reunião

� Garante que o direito de se manifestar seja respeitado

� Sem interrupção, monopólio ou simultaneamente

Taxonomia dos Protocolos de

acesso múltiplo

Protocolo de Acesso Randômico

� Acesso randômico ou de contenção, nenhuma estão é superior a outra� Não existe controle sobre o outro

� As estações utilizam procedimentos pré-� As estações utilizam procedimentos pré-determinado pelo protocolo

� Dependente do estado do meio de transmissão (livre ou ocupado)

� Ocupação do meio é aleatória

� Estações concorrem entre si para ganhar o acesso ao meio (métodos de contenção)

Acesso Randômico

� Pode haver conflito no acesso – COLISÃO� Frames são destruídos ou modificados

� Evolução partiu do protocolo ALOHAProcedimento denominado multiple access (MA)� Procedimento denominado multiple access (MA)

� Estações “escutam” a rede antes de transmitir (também conhecido como carrier sense multiple

access - CSMA)

� CSMA/CD (carrier sense multiple access with

colision detection)

� CSMA/CA (carrier sense multiple access with

colision avoidance)

CSMA/CA

� O CSMA/CD detecta a colisão� Quando não existe colisão, a estação recebe um

sinal: seu próprio sinal

� Quando há colisão, a estação recebe dois sinais: � Quando há colisão, a estação recebe dois sinais: seu próprio sinal e o sinal transmitido por outra estação

� Repetidores podem amplificar o sinal e a energia detectada praticamente dobra

� Numa rede sem fio, grande parte da energia é perdida durante a transmissão

CSMA/CA

� O sinal recebido tem muito pouca energia

� Uma colisão poderia acrescentar apenas 5% a 10% de energia adicional� Não sendo suficiente para a detecção eficaz de colisão

� A colisão deve ser evitada� A colisão deve ser evitada� Não há como detectá-las

� Colisões são evitadas por meio de três estratégias:� Interframe space (espaçamento entre frames)

� Contention window (janela de contenção)

� Acknowledgments (confirmações)

Interframe Space (IFS)

� Colisões são evitadas postergando a transmissão mesmo que o canal se encontre ocioso� Estação não envia dados imediatamente

� Aguarda por certo período de tempo (IFS)� Aguarda por certo período de tempo (IFS)

� Estações podem estar distantes

� IFS podem ser usados para priorizar estações ou tipos de frames

� Para transmitir, uma estação deve esperar o tempo IFS e aguardar o tempo igual ao tempo de contenção

Contention Window

� Pode ser definida como o intervalo de tempo dividido em slots

� Uma estação pronta para transmitir, escolhe um número randômico de slots para seu um número randômico de slots para seu tempo de espera

� O número de slots muda de acordo com a estratégia de recuo exponencial binário� O número de slots vai dobrando cada vez que a

estação não conseguir detectar um canal ocioso após o período IFS

Contention Window

� Técnica semelhante ao método p-persistent� Exceto pelo resultado randômico definir o número

de slots tomados pela estação que aguarda

� Estações precisam “escutar” o canal após cada time slotcada time slot

� Se a estação constatar que o canal está ocupado, ela não reinicia o processo; simplesmente para o timer e o reinicia quando perceber que o canal está ocioso� Isso dá prioridade à estação com o maior tempo

de espera

Acknowledgments (Confirmações)

� Mesmo com todas essas precauções, ainda pode haver colisões� Provê a destruição dos dados

� Confirmações positivas e o time-out podem � Confirmações positivas e o time-out podem ajudar a garantir que o receptor tenha recebido o frame

Timing no CSMA/CA

CSMA e as Redes sem fio

� Foi desenvolvido basicamente para ser utilizada em redes sem fio

� Não é suficiente sofisticado para tratar determinadas questões relacionadas com determinadas questões relacionadas com redes sem fio� Terminais ocultos

� Terminais expostos

� Expansão do protocolo com a adição de handshaking

Fluxograma do CSMA/CA

Acesso Controlado

� As estações fazem uma consulta entre si para saber qual delas tem autorização para transmitir

� Uma estação não pode transmitir se não tiver � Uma estação não pode transmitir se não tiver autorização das outras estações

� Métodos mais populares� Reservation

� Polling

� Token Passing

Reservation

� Estações precisam fazer uma reserva antes de transmitir

� O tempo é dividido em intervalos

� Em cada intervalo, um frame de reserva � Em cada intervalo, um frame de reserva precede os frames de dados enviados naquele instante

Polling

� Opera em topologias nas quais um dispositivo é designado como estação primária e os demais como estações secundárias

� O dispositivo primário faz o controle de acesso � O dispositivo primário faz o controle de acesso ao meio

Token Passing

� Estações são organizadas em um anel lógico

� O acesso ao canal é feito através do token

� A posse do token dá à estação o direito de acessar o canal e enviar dadosacessar o canal e enviar dados

� Deve haver gerenciamento de tokens

Canalização

� Método de acesso múltiplo no qual a largura de banda disponível é compartilhada no tempo, frequência ou por código

� Métodos de canalização� Métodos de canalização� Frequency-Division Multiple Access (FDMA)

� Time-Division Multiple Access (TDMA)

� Code-Division Multiple Access (CDMA)

FDMA

� A largura de banda disponível do canal comum é dividida em faixas de frequência� Para evitar interferências entre as estações, as

faixas de frequência são separadas, uma das faixas de frequência são separadas, uma das outras, por pequenas bandas de proteção

� Cada faixa de frequência é reservada a determinada estação e ela permanecerá durante todo o tempo

FDMAFrequency-Division Multiple Access

TDMA

� As estações compartilham a largura de banda do canal no tempo

� É alocado um time slot para cada estação durante o qual ela pode enviar dadosdurante o qual ela pode enviar dados

� Cada estação transmite seus dados em seu time slot atribuído

� Principal problema está na sincronização entre diferente estações

TDMATime-Division Multiple Access

CDMA

� Comunicação com códigos diferentes� Exemplo: pessoas x diferentes idiomas

� Um canal transporta simultaneamente todos os canaisos canais� Somente um canal ocupa a largura de banda

inteira do enlace (CDMA x FDMA)

� Todas as estações podem enviar dados simultaneamente; não há compartilhamento de tempo (CDMA x TDMA)

CDMACode-Division Multiple Access

Media Access Control (MAC)

� O padrão IEEE 802 criou uma subcamada denominada Media Access Control

� Define métodos de acesso específicos para cada rede LANcada rede LAN� CSMA/CD para LANs Ethernet

� Token-passing para LANs Token Ring e Token Bus

� Define o método de acesso e o formato de framing específico para o protocolo LAN correspondente

Protocolo MAC do padrão 802.11

� O padrão IEEE 802.11 estabelece duas subcamadas:�� DCF DCF ((DistributedDistributed CoordinationCoordination FunctionFunction))

�� PCF PCF ((PointPoint CoordinationCoordination FunctionFunction) )

DCF DCF –– DistributedDistributed CoordinationCoordination FunctionFunction

� Protocolo fundamental no padrão IEEE 802.11 (WLAN)

� Emprega o protocolo CSMA/CA como método de acesso ao meio juntamente com o método de acesso ao meio juntamente com o algoritmo de back-off

� Deve ser implementado em todas as estações

que operam de acordo com o padrão 802.11

� Independente da configuração de rede

utilizada ser ad-hoc ou infra-estruturada

DCF

� Implementa o Procedimento Backoff (aleatório)� random () x aSlotTime� random = valor aleatório dentro do intervalo [0,CW]

� Define um conjunto de temporizadores� DIFS (DCF Interframe Space)� DIFS (DCF Interframe Space)

� aSIFSTime + 2 x aSlotTime

� SIFS (Short Interframe Space)� Intervalo de tempo menor que DIFS usado para transmissão de

ACK, CTS

� Ao final se o meio permanecer livre – inicia transmissão

� Ao final da transmissão aguarda um ACK que reinicializa todosos valores envolvidos na transmissão;

DCF

� As LANs sem fio não podem implementar o CSMA/CD por três motivos:� Deve ser capaz de enviar dados e receber sinais de

colisão ao mesmo tempo � aumento do custo e banda� aumento do custo e banda

� exigência de largura de banda

� Dispositivos podem estar “Escondidos” num ambiente wireless

� Colisão deve ser detectada por todas as estações

� Distâncias entre estações� Enfraquecimento do sinal

Fluxograma para o CSMA/CA

Linha do tempo

1. Antes de iniciar a transmissão de um frame, a estação de origem ouve o meio verificando o nível de energia da portadora de frequênciafrequência

1. Persistência com backoff até que o canal fique livre

2. Após detectar que o meio está livre, a estação espera por um tempo denominado Distributed

Interframe Space (DIFS) e transmite um Request to Send (RTS)

Linha do tempo

2. Após receber o RTS e esperar um curto intervalo de tempo (Short interframe Space

(SIFS), a estação de destino também envia um frame de controle (Clear to Send (CTS))um frame de controle (Clear to Send (CTS))

à estação de origem2. Indica que a estação está pronta para receber

dados

3. Após um período de tempo igual ao SIFS, a estação de origem envia os dados

Linha do tempo

4. Após um período de tempo igual ao SIFS, a estação de destino envia um ACK

4. Necessária neste protocolo porque a estação de origem não tem como verificar o sucesso do origem não tem como verificar o sucesso do recebimento dos dados no destino

Network Allocation Vector (NAV)

� Como o aspecto collision avoidance deste protocolo é realizado?� Elemento chave é o NAV

� Quando uma estação envia um frame RTS, ela � Quando uma estação envia um frame RTS, ela inclui o tempo de duração necessário para ocupar o canal

� As estações afetadas criam um relógio de temporização (Network Allocation Vector)

� Exibe o tempo restante para liberação do canal

� As estações verificam os relógios NAV antes de verificar se o meio está livre para a transmissão

CSMA/CA e NAV

Colisão durante o handshaking

� Duas ou mais estações podem tentar transmitir frames RTS ao mesmo tempo

� Os frames podem colidir

� Não existe mecanismos para detecção de � Não existe mecanismos para detecção de colisão

� Transmissor assume que ocorreu colisão se um frame CTS não for recebido no receptor

� Utiliza a estratégia de backoff

PCF – Point Coodination Function

� Método de acesso opcional e mais complexo

� Pode ser implementado em redes de infra-estrutura (não em rede ad-hoc)

� É implementado sobre o DCF� É implementado sobre o DCF� Usado em transmissões de dados sensíveis a

atrasos

� Implementa um método de acesso centralizado por meio de polling, livre de contenção

PCF

� Função: Prover acréscimo de desempenho;

� Controla e ordena o acesso ao meio, “ditando” qual a estação terá o direito de transmitir;transmitir;

� Utiliza PIFS time;

� CFP – Período Livre de Contenção;

� Ponto de Acesso – Point Coordinator

PCF

� O AP é responsável por fazer a varredura (polling) em todas as estações capazes de serem varridas� Ocorre uma após a outra

� Enviam dados que possuam ao AP� Enviam dados que possuam ao AP

� Tem prioridade sobre o DCF� Implementa um conjunto de temporizadores entre

frames PIFS e SIFS

� PFIS (PCF IFS) – mais curto que o DIFs

� Se uma estação usar apenas o DFC e um AP usar o PCF, o AP terá prioridade

PCF

� Estações que usam apenas o DCF talvez não consigam acessar o meio de transmissão

� Para impedir isso, a técnica intervalo de repetição foi desenvolvida

Se repete continuamente� Se repete continuamente

� Frame de controle especial, beacon frame (frame de sinalização)

� Quando as estações escutam o frame de sinalização, elas iniciam seu timer NAV

� Cobre tanto o tráfego livre de contenção (PCF), quanto o tráfego baseado em contenção (DCF)

PCF – exemplo de intervalo

de repetição

� O 802.11 usa a técnica piggybacking

� ACK é incluso dentro do pacote

PCF – Funcionamento

� PC aguarda o meio ficar livre por PIFS time

� Como PIFS é menor que DIFS então não existe concorrência entre estações e Point Coordinatorpelo acesso ao meio;

Ao iniciar o CFP, o PC envia quadro Beacon� Ao iniciar o CFP, o PC envia quadro Beaconcontendo informação de quanto tempo o CFP terá e quando ele ocorrerá novamente. � O NAV das estações são ajustados com estas informações

� Após enviar o quadro Beacon, o PC aguarda SIFS Time e envia um quadro D1 (dados + pooling) para a estação

PCF - Funcionamento

� A primeira estação na lista do Ponto de Acesso que receber o quadro de poolingaguardará SIFS time e executará a sua transmissão

� O Ponto de acesso aguarda SIFS Time e envia � O Ponto de acesso aguarda SIFS Time e envia o quadro D2 para a segunda estação e assim por diante

Nota

“Durante o intervalo de repetição, o PC (Point

Controller) pode enviar um frame poll, receber

dados, transmitir um ACK e receber um ACK ou

realizar qualquer outra combinação dessas realizar qualquer outra combinação dessas

ações. Ao final do período livre de contenção, o

PC envia um frame CF end (fim do período de

contenção) para permitir que as outras

estações baseadas em contenção possam

utilizar o meio de transmissão”

Fragmentação

� Ambiente wireless é bastante susceptível a ruídos

� Um frame corrompido tem de ser retransmitidoretransmitido

� Recomenda-se a fragmentação dos frames

� Maior sucesso na transmissão

Formato do Frame

� Campo controle do frame (FC)

Subcampos do campo FC

Campo Explicação

Version A versão atual do protocolo é 0

Type Tipo de informação do corpo do frame: (00) gerenciamento, (01) controle,

(10) dados;

Subtype Define o subtipo para cada frame: (1011) RTS, (1100) CLR, (1101) ACKSubtype Define o subtipo para cada frame: (1011) RTS, (1100) CLR, (1101) ACK

ToDS Para o Distribution Service;

FromDS Vem do Distribution Service;

More Flag: Mais fragmento;

Retry: Frame retransmitido;

Pwr mgt Estação no modo de gerenciamento de energia;

More data Estação tem mais dados para enviar;

WEP Criptografia foi ativada;

Rsvd Reservado

Formato do Frame

� D: Define dois tipos de frames� Tempo de duração da transmissão – estabelecimento NAV

� Define o ID (identificação) do frame – frame de controle

� Endereço: Existem 4 endereços, cada qual com 6 bytes de tamanho (será abordado posteriormente)bytes de tamanho (será abordado posteriormente)

� Controle de sequência� número sequêncial do frame

� Corpo do Frame� Informações baseadas nos campos type e subtype

� FCS� detecção de erro (sequência CRC-32)

Tipos de Frames – 802.11

� Frames de gerenciamento� Usados para estabelecer comunicação entre as

estações e pontos de acesso (access point)

� Frames de controle� Frames de controle� Utilizados durante o acesso ao canal e para

confirmação de frames

� Frames de dados� Utilizados no transporte de dados e de controle

Mecanismos de endereçamento

� Bastante complexo devido ao fato de poder existir estações intermediárias (APs) entre origem e destino

� Há 4 casos definidos pelos valores dos dois � Há 4 casos definidos pelos valores dos dois flags no campo FC (To DS e From DS)

Endereçamento Caso 1

Mecanismos de endereçamentos

Problema da estação oculta

B e C estão ocultas uma em relação à outra no que diz respeito a B e C estão ocultas uma em relação à outra no que diz respeito a AA

O frame CTS de handshake no CSMA/CA

Nota

O frame CTS de handshake no CSMA/CA pode evitar colisões mesmo que exista uma

estação oculta

Problema da Estação Exposta

C está exposta à transmissão de A e BC está exposta à transmissão de A e B

Emprego do handshaking

CAMADA FÍSICA

Camada Física

� O padrão 802.11 também define as especificações para conversão de bits em sinal elétrico na camada física� Uma especificação utiliza a faixa de frequência na � Uma especificação utiliza a faixa de frequência na

região do infravermelho

� Outras cinco estão na faixa de rádio frequência

Camadas Físicas

IEEE 802.11 - FHSS

� Frequency-Hopping Spread Spectrum

� Descreve o método de espalhamento espectral por saltos de frequência

� Gera sinal na faixa ISM de 2.4 GHz� Gera sinal na faixa ISM de 2.4 GHz

� Essa faixa de frequência é dividida em 79 canais de 1 MHz (e bandas de proteção)

� Uma função geradora de números pseudo aleatórios seleciona o salto para a faixa habilitada

� Possui taxa de dados total de 1 ou 2 Mbps

IEEE 802.11 - FHSS

� Se a largura de banda do sinal original é B, a largura de banda partilhada pelo espectro espalhado (spread spectrum) é NxB

� O espalhamento dificulta pessoas não � O espalhamento dificulta pessoas não autorizadas invadirem o sistema para acessarem dados transmitidos

Seleção de frequência FHSS

IEEE 802.11 - FHSS

IEEE 802.11 - FHSS

� Transmissor e receptor devem concordar sobre a sequência da divisão da banda para manutenção de um único canal lógico

� O intervalo de tempo característico em cada � O intervalo de tempo característico em cada faixa é tipicamente 400ms ou mais (Tempo de habilitação)

� Não constitui acessos múltiplos� Todas as estações disputam a utilização das

mesmas faixas para envio dos respectivos dados

IEEE 802.11 - DSSS

� Direct-Sequence Spread Spectrum

� Método de espalhamento espectral para geração do sinal na faixa de frequência ISM próxima a 2,4 GHzpróxima a 2,4 GHz

� Cada bit enviado pelo transmissor é categoricamente substituído por uma sequência de bits denominada chip code ou bit-code

IEEE 802.11 - DSSS

� Para evitar buffering (uso de área de memória temporário) o tempo necessário para transmitir um chip-code deve ser o mesmo tempo necessário para transmitir um bit tempo necessário para transmitir um bit

original

� Se o número de bits em cada chip-code for N,

então a taxa de transmissão dos chip-codes

será N vezes a taxa de transmissão da cadeia original de bits

IEEE 802.11 - DSSS

� Semelhante ao CDMA� É implementado na camada física

� Não se trata de outro método de acesso múltiplo para a camada de enlace

� Utiliza métodos de contenção� Utiliza métodos de contenção

� A sequência de bits usa toda a banda

� Resulta numa taxa de transferência de dados de 1 ou 2 Mbps

IEEE 802.11 - DSSS

IEEE 802.11 - Infravermelho

� Usa luz infravermelha na faixa de 800 a 950 nm

� A técnica de modulação é a PPM (Pulse

Position Modulation)Position Modulation)

� Possui sequências de bits, onde cada sequência é convertida em sinais ópticos

� A presença de luz define bit 1 (um) e a ausência de luz define bit 0 (zero)

IEEE 802.11a - OFDM

� Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

� Descreve um método de multiplexação para geração do sinal na faixa de frequência ISM próxima a 5 GHzpróxima a 5 GHz

� Parecido com FDM� Todas as subfaixas são usadas simultaneamente

por uma mesma estação de origem num dado instante de tempo

� As estações de origem disputam entre si o acesso a camada de enlace de dados

OFDM

� Toda a banda passante é dividida em 52 subfaixas, onde 48 delas estão destinadas a enviar 48 grupos de bits por vez, e as outras 4 são utilizadas para controle da informação

� Semelhante ao ADSL� Semelhante ao ADSL� A divisão da banda em subfaixas diminui os efeitos de

interferência� Escolhas aleatórias de subfaixa permitem a

implementação de níveis de segurança� Utiliza PSK e QAM para modulação� Transmissão de dados típica ocorre a 18 Mbps (PSK e

54 Mbps (QAM)

IEEE 802.11a - OFDM

IEEE 802.11a – OFDM

IEEE 802.11b – HR-DSSS

� High-Rate-DSSS

� Método de espalhamento espectral de seuqência direta de alta velocidade

� Geração de sinais na faixa de frequência ISM � Geração de sinais na faixa de frequência ISM de 2.4 GHz

� Similar ao DSSS, exceto pelo método de codificação� Complementary Code Keying (CCK)

� CCK codifica 4 ou 8 bits num único símbolo CCK

IEEE 802.11b – HR-DSSS

� Para ser compatível com as versões anteriores do DSSS, o HR-DSSS define 4 velocidades para transmissão de dados:� 1, 2, 5,5 e 11 Mbps� 1, 2, 5,5 e 11 Mbps

� 1 e 2 Mbps (modulação DSSS original)

� 5,5 Mbps (modulação BPSQ)

� 11 Mbps (modulação QPSK)

IEEE 802.11g - OFDM

� Esta especificação é relativamente nova e utiliza OFDM numa faixa de frequência ISM de 2,4 GHz

� Atinge velocidades de transmissão de dados � Atinge velocidades de transmissão de dados de 22 a 54 Mbps

� É compatível com versões anteriores do IEEE 802.11 b

� Usa a técnica de modulação OFDM

Comparativo

Padrões IEEE 802.11: Velocidades

IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g

Taxa de Transmissão

6, 9, 12, 54 Mbps

1 a 11 Mbps -Potência do

20 a 54 MpsTransmissão Mbps Potência do

sinal

Banda de Transmissão

5GHz 2,4 GHz 2,4 GHz

Esquema de Codificação

OFDM (Ortogonal FDM)

DSSS OFDM (Ortogonal FDM)

Padrão Região/País Freqüência Potência

802.11b & g América do Norte 2,4 - 2,4835 GHz 1000 mW

802.11b & g Europa 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW

802.11b & g Japão 2,4 - 2,497 GHz 10 mW

Freqüências e Potências do IEEE 802.11

802.11b & g Japão 2,4 - 2,497 GHz 10 mW

802.11b & g Espanha 2,4 - 2,4875 GHz 100 mW

802.11b & g França 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW

802.11a América do Norte 5,15 - 5,25 GHz 40 mW


802.11a América do Norte 5,47 - 5,725 GHz não aprovado


BLUETOOTH

Prof. Dr. Fernando Luiz de Almeida

Bluetooth

� Tecnologia para redes LANs sem fio (WLANs)

� Desenvolvida para conectar diversos dispositivos de diferentes funções� Telefones, notebooks, computadores (desktop e � Telefones, notebooks, computadores (desktop e

laptop), câmeras, impressoras, cafeteiras, etc

� Trata-se de uma rede ad hoc (formação espontânea)

� Padrão IEEE 802.15 (PAN – Personal AreaNetwork)

� Distâncias de no máximo 10 m e velocidade de 1 Mbps (sala ou hall)

Bluetooth

� Opera na frequência ISM na faixa de 2.4 GHz dividida em 79 canais de 1 MHz

� Utiliza Spread Spectrum Frequency Hopping

� Modulação GGSK (Gaussian FSK)� Modulação GGSK (Gaussian FSK)

� Método de acesso é TDD-TDMA (Time

Division DuplexingTDMA)

Bluetooth: versões e classes

Arquitetura: Piconet

� Uma rede Bluetooth é denominada Piconet

� Pode ter até 8 estações, uma das quais é chamada de primária, as demais são chamadas de secundáriaschamadas de secundárias� Outras estações podem estar em estado

estacionário

� Estações secundárias sincronizam seus clockse sequência de saltos com a primeira

� A comunicação pode ser ponto-a-ponto ou multiponto

Piconet

Arquitetura: Scatternet

� Redes Piconets podem ser combinadas para formar uma Scatternet

� Uma estação pode pertencer a duas Piconets� Uma estação secundária de uma Piconet pode ser � Uma estação secundária de uma Piconet pode ser

primária de outra Piconet

� Essa estação pode trocar mensagens entre as Piconets

Scatternet

Piconets e Frequency Hopping

http://electronics.howstuffworks.com/bluetooth2.htm

Dispositivos Bluetooth

� Todo dispositivo tem um transmissor embutido na faixa de radiofrequência de curto alcance

� Taxa de dados atual é de 1 Mbps (2,4 GHz)� Taxa de dados atual é de 1 Mbps (2,4 GHz)

� Existe possibilidades reais de interferências entre LANs IEEE 802.11b e as LANs Bluetooth

Dispositivos Bluetooth

Camadas Bluetooth

Camada de Rádio

� Equivalente a camada física do modelo Internet� Dispositivos Bluetooth são de baixa potência e

têm alcance típico de 10 m� Opera na faixa de frequência ISM de 2.4 GHz,

dividida em 79 canais espaçados em 1 MHzdividida em 79 canais espaçados em 1 MHz� Utiliza a Técnica de espalhamento FHSS

� Salta 1600 vezes por segundo, portanto, um dispositivo fica numa frequência 625 µs

� Utiliza a modulação GFSK (Gaussian FSK);� Os canais de transmissão utilizam frequências de

portadoras de valores:

• f = 2.402 + n onde n = 0, 1, 2, 3, ..... 78. (em MHz).

Camada Banda Base

� Equivale a camada MAC das redes LANs

� O método de acesso é o TDMA� TDD-TDMA (Time-Division DuplexingTDMA)

Implementa comunicação half-duplex� Implementa comunicação half-duplex

� A comunicação entre estações (primárias e secundárias) se dá por intermédio de time-

slots

� Duração de 625 µs (mesmo tempo de permanência)

� Estações secundárias não podem se comunicar entre si

Camada Banda Base

� Comunicação com Único Secundário� O primário utilizará os slots pares (0, 2, 4,...)

� O secundário usará os slots ímpares (1, 3, 5,...)

� Muito usado atualmente em sistemas wireless ponto-a-ponto.ponto-a-ponto.

Camada Banda Base

� Comunicação com Vários Secundários� Utiliza a técnica de polling

� Muito usado em sistemas wireless multi-ponto

Camada Banda Base

� Dois tipos de enlaces podem ser criados entre um primário e secundário

• SCO (Synchrounous Connection-Oriented): latência é mais importante do que a confiabilidade . Um linkfísico é criado e são reservados slots específicos para comunicação. Não há retransmissão de dados com comunicação. Não há retransmissão de dados com erro.

• ACL (Asynchrounous Connetionless Link): integridade é mais importante que latência . Se os dados são corrompidos, são retransmitidos. Estação escrava só transmite se o slot endereçado anteriormente era o dele. Um link ACL pode ocupar 1, 3 ou 5 timeslots, podendo a taxa de transmissão chegar a 721 Kbps.

Formato do Frame

•Código de Acesso (Access Code): bits de sincronização e ID do Mestre para indicar frames de diferentes piconets.

•Cabeçalho (Header): conjunto de 18 bits repetido 3 vezes, totalizando 54 bits.

•Endereço (address): permite 7 dispositivos ativos. Endereço 000 representa broadcast.

•Tipo (Type): tipo de informação que vem da camada 2.

•F: bit de controle de Fluxo. Quando em 1 significa que o dispositivo está desabilitado a receber mais frames.

•A: confirmação (ACK). Utiliza mecanismo stop-and-wait. Um bit é suficiente para o contador de ACK.

•S: Informa o número de seqüência do frame. Um bit é suficiente.

•HEC: checksum de detecção de erro nos 18 bits do cabeçalho / CRC para payload.

Camada L2CAP

� Logical Link Control and Adaptation Protocol

� Faz a troca de dados nos links ACL

� Canais SCO não usam o L2CAP

� Tamanho – parte de dados oriundos das camadas superiores

� ID do canal – identifica univocamente o canal virtual criado nesse nível (serviço de multiplexação)

Serviços L2CAP

� Multiplexação� Distingue vários protocolos usuários na camada superior,

criando circuitos virtuais entre os dispositivos

� Segmentação e reagrupamento� Os pacotes das aplicações de até 65.535 bytes são quebrados � Os pacotes das aplicações de até 65.535 bytes são quebrados

em pacotes de até 339 bytes e reagrupados no destino pela camada L2CAP

� QoS� O Bluetooth pode definir níveis diferentes de QoS por

circuíto virtual e tratar os pacotes de maneira diferenciada

� Gerenciamento de Grupo� O L2CAP permite a definição de endereços lógicos de

maneira similar ao multicast do IP

UWB (ULTRA-WIDEBAND)


La ns sem fio

Technology

Transcript of La ns sem fio