Wi Fi e Wimax Tecnologias Em Redes Sem Fio

FABIO MANUEL PASCHOALINI

WI-FI E WIMAX: TECNOLOGIAS EM REDES SEM FIO

Monografia de graduao apresentada ao Departamento de Cincia da Computao da Universidade Federal de Lavras como parte das exigncias do curso de Cincia da Computao para obteno do ttulo de Bacharel em Cincia da Computao.

LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL 2007




rea de Concentrao: Redes de Computadores Orientador: Prof. Luiz Henrique Andrade Correia

LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL 2007

Ficha Catalogrfica Paschoalini, Fabio Manuel Wi-Fi e WiMAX Tecnologias em Redes Sem Fio / Fabio Manuel Paschoalini. Lavras Minas Gerais, 2007. 51p : il. Monografia de Graduao Universidade Federal de Lavras. Departamento de Cincia da Computao. 1. Introduo. 2. O Padro 802.16. 3. O Padro 802.11. 4. Comparando os Padres 802.11 e 802.16. 5. Anlise de uma Rede Wireless. 6. Concluso. I. Paschoalini, F. M. II. Universidade Federal de Lavras. III. Ttulo.




Aprovada em 21 de Maro de 2007

_______________________________________ Prof. Cludio Fabiano Motta Toledo

_______________________________________ Prof. Jos Monserrat Neto

_______________________________________ Prof. Luiz Henrique Andrade Correia (Orientador)

LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL

AGRADECIMENTOS

Agradeo primeiramente a Deus, por iluminar meu caminho, fazendo com que sempre sejam tomadas as melhores decises possveis e que permitiu que esse meu objetivo fosse cumprido. Agradeo tambm aos meus pais, Helio Paschoalini e Ires Manuel Paschoalini, meus irmos, Augusto Manuel Paschoalini e Renato Manuel Paschoalini, que sempre estiveram ao meu lado nos momentos alegres e nos momentos difceis, fazendo com que nunca pensasse em desistir deste meu objetivo. Um agradecimento especial ao orientador, Luiz Henrique Andrade Correia, que teve pacincia e compreenso necessria para que eu realizasse este trabalho tranqilamente.

Obrigado a todos que tornaram isso possvel!

Wi-Fi e WiMAX: Tecnologias em Redes Sem Fio

RESUMO A utilizao das redes de computadores hoje cada vez maior e essas redes podem ser interligadas de diversas maneiras, como o caso das redes de computadores cabeadas e as redes de computadores sem fio. Este trabalho descreve duas tecnologias de redes sem fio, WiMAX e Wi-Fi, com o objetivo de compar-las, realizando uma anlise de uma rede sem fio de computadores e com isso, mostrando a utilizao mais correta destas tecnologias.

Palavras-Chaves: Redes Sem Fio, WiMAX, Wi-Fi.

Wi-Fi e WiMAX: Technology at Wireless Network

ABSTRACT Nowadays computer networks are widely used and these networks can be linked in many different ways, as it is the case of wired networks and wireless networks. This work describes two wireless network technologies, WiMAX and Wi-Fi, seeking to compare them, mating an analysis of one wireless computer network, in order to show the most correct use of these technologies.

Keywords: Wireless NetWork, Wi-MAX, Wi-Fi.

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SUMRIO

LISTA DE FIGURAS........................................................................................................ IX LISTA DE TABELAS.........................................................................................................X LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.......................................................................XI 1. INTRODUO................................................................................................................ 1 1.1. Contextualizao e Motivao....................................................................................1 1.2. Objetivos e Estrutura do Trabalho..............................................................................2 2. O PADRO 802.16...........................................................................................................3 2.1. Pilha de Protocolo.......................................................................................................4 2.2. Camada Fsica (PHY)................................................................................................. 4 2.2.1. WirelessMAN-SC............................................................................................... 5 2.2.2. WirelessMAN-SCa............................................................................................. 6 2.2.3. WirelessMAN-OFDM........................................................................................ 7 2.2.4. WirelessMAN-OFDMA..................................................................................... 7 2.2.5. WirelessHUMAN............................................................................................... 8 2.3. Camada de Controle de Acesso ao Meio....................................................................8 2.3.1. Subcamada de Segurana....................................................................................8 2.3.2. Subcamada de Convergncia Comum................................................................ 9 2.3.2.1. Formatos do MAC PDU............................................................................10 2.3.2.2. Fragmentao e Empacotamento.............................................................. 13 2.3.2.3. Formato de Quadro do Padro 802.16...................................................... 14 2.3.2.4. Escalonamento.......................................................................................... 16 2.3.2.5. Requisio e Concesso de Largura de Banda..........................................17 2.3.3. Subcamada de Convergncia Especfica.......................................................... 18 2.4. Arquiteturas.............................................................................................................. 18 2.4.1. Topologia Ponto a Ponto...................................................................................19 2.4.2. Topologia Ponto-Multiponto............................................................................ 19 2.4.3. Topologia Mesh................................................................................................ 20 2.5. Famlia do Padro 802.16......................................................................................... 21 2.5.1. Padro 802.16d................................................................................................. 21 2.5.2. Padro 802.16e..................................................................................................21 2.5.3. Resumo da Famlia do Padro 802.16.............................................................. 22 3. O PADRO 802.11.........................................................................................................23 3.1. Pilha de Protocolos................................................................................................... 24 3.2. Camada Fsica...........................................................................................................24 3.3. Subcamada MAC......................................................................................................26 3.3.1. Formato do Quadro 802.11............................................................................... 31 3.4. Comunicao Wireless 802.11x............................................................................... 33 3.5. Famlia dos Padres 802.11......................................................................................35 3.5.1. Padro 802.11a..................................................................................................35

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3.5.2. Padro 802.11b................................................................................................. 35 3.5.3. Padro 802.11g................................................................................................. 35 3.5.4. Padro 802.11n................................................................................................. 36 3.5.5. Resumo da Famlia do Padro 802.11.............................................................. 36 4. COMPARANDO OS PADRES 802.11 E 802.16...................................................... 37 4.1. Alcance..................................................................................................................... 38 4.2. Mobilidade................................................................................................................38 4.3. Qualidade de Servio................................................................................................39 4.4. Segurana..................................................................................................................40 4.5. Largura de Banda......................................................................................................40 5. ANLISE DE UMA REDE WIRELESS..................................................................... 41 5.1. Descrio da Rede Wireless..................................................................................... 41 5.2. Caractersticas dos Equipamentos............................................................................ 42 5.3. Classificao da Rede............................................................................................... 45 5.4. Concluses sobre a Rede Wireless........................................................................... 47 6. CONCLUSO................................................................................................................ 48 REFERENCIAL BIBLIOGRFICO...............................................................................49

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LISTA DE FIGURASFigura 2.1: Pilha de Protocolo do Padro 802.16...................................................................4 Figura 2.2: Modulao Adaptativa......................................................................................... 5 Figura 2.3: Quadro Ajustvel................................................................................................. 6 Figura 2.4: Formato do MAC PDU......................................................................................11 Figura 2.5: Cabealho Genrico do MAC PDU...................................................................11 Figura 2.6: Cabealho de Requisio de Banda no MAC PDU........................................... 12 Figura 2.7: Mensagem de Gerenciamento............................................................................13 Figura 2.8: Estrutura do Subquadro de Downlink................................................................14 Figura 2.9: Estrutura do Subquadro de Uplink.....................................................................15 Figura 2.10: Transmisso do Subquadro de Downlink e Uplink no FDD........................... 15 Figura 2.11: Transmisso do Subquadro de Downlink e Uplink no TDD........................... 16 Figura 2.12: Formato de CS PDU para conexes ATM.......................................................18 Figura 2.13: WiMAX como Backhaul para Rede Wi-Fi......................................................19 Figura 2.14: Topologia Ponto-Multiponto........................................................................... 20 Figura 2.15: Topologia de Rede Mesh................................................................................ 20 Figura 3.1: Pilha de Protocolo.............................................................................................. 24 Figura 3.2: Conexo entre Notebook e PDA via infravermelho.......................................... 25 Figura 3.3: Tcnica FHSS.................................................................................................... 25 Figura 3.4: Tcnica DSSS.................................................................................................... 26 Figura 3.5: Envio do RTS de A para B................................................................................ 28 Figura 3.6: Envio do CTS de B para A................................................................................ 28 Figura 3.7: Rajada de Fragmentos........................................................................................29 Figura 3.8: Tempos de Espaamentos do 802.11................................................................. 30 Figura 3.9: Formato Genrico do Quadro............................................................................ 31 Figura 3.10: Quadro de Controle e Quadro de Dados.......................................................... 32 Figura 3.11: Modo Ad-hoc................................................................................................... 33 Figura 3.12: Modo Infra-Estrutura (BSS)............................................................................ 34 Figura 3.13: Extended Service Set....................................................................................... 34 Figura 4.1: Abrangncia dos Padres 802.x.........................................................................38 Figura 4.2: Mobilidade dos Padres.....................................................................................39 Figura 5.1: Esboo da Rede Wireless a ser descrita.............................................................41 Figura 5.2: Antena Omnidirecional......................................................................................43 Figura 5.3: Antena Direcional.............................................................................................. 43 Figura 5.4: Antena Setorial.................................................................................................. 44 Figura 5.5: Orinoco AP2000................................................................................................ 44 Figura 5.6: CPE TeraMax.................................................................................................... 45 Figura 5.7: Rede Norte - Rede UFLANET.......................................................................... 45 Figura 5.8: Rede Praa - Rede UFLANET...........................................................................46 Figura 5.9: Rede UNIMED - Rede UFLANET................................................................... 46 Figura 5.10: Rede Praa - Rede UFLANET e Rede Vale do Sol - Rede UFLANET.......... 47

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LISTA DE TABELASTabela 2.1: Famlia do Padres 802.16................................................................................ 22 Tabela 3.1: Famlia do Padres 802.11................................................................................ 36 Tabela 4.1: Qualidade de Servio.........................................................................................40 Tabela 4.2: Confronto das Larguras de Banda dos Padres 802.11 e 802.16...................... 40

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLASABPs ACK AP BE BPSK BR BS BSS BWA CCK CDMA CID CPE CPS CRC CS CSMA/CA CSMA/CD CTS DCF DES DHCP DIFS DL-MAP DSA DSC DSSS EC EDCA EIFS EKS Adaptive Burst Profiles Affirmative Acknowledgment Access Point Best Effort Binary Phase Shift Keying Bandwidth Request Base Station Basic Service Set Broadband Wireless Access Complementary Code Keying Code Division Multiple Access Conection Identificator Customer Premise Equipment Common Part Sublayer Ciclic Redundance Check Convergence Sublayer Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection Clear to Send Distributed Coordination Function Data Encryptation Standart Dynamic Host Configuration Protocol DCF Interframe Spacing Downlink Map Dynamic Service Addition Dynamic Service Change Direct Sequence Spread Spectrum Encription Control Enhanced DCF Channel Access Extender Interframe Spacing Encription Key Sequence

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ESS ESSID FCH FDD FEC FFT FHSS GPC GPSS HCCA HCF HCS HRDSSS HT HUMAN IBSS IEEE IP ISM LAN LEN LLC LOS MAC MACA MACAW MAN NLOS nrtPS OFDM OFMA OSI PCF PDA

Extended Service Set Extended Service Set Identificator Frame Control Header Frequency-Division Duplexing Forward Error Correction Fast Fourier Transform Frequency Hopping Spread Spectrum Grant Per Connection Grant Per SS HCF Controlled Channel Access Hybrid Coordenation Function Header Check Sequence High Rate Direct Sequence Spread Spectrum Header Type High-Speed Unlicensed Metropolitan Area Networks Independent Basic Service Set Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Industrial Scientific Medical Local Area Network Lenght Logic Link Control Line of Sight Medium Acess Control Multiple Access with Collision Avoidance Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless Metropolitan Area Network Non Line Of Sight Non-real-time Polling Service Ortogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Open Systems Interconnection Point Coordination Function Personal Digital Assistants

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PDU PHY PIFS PKM PMP PPP Pwr QAM QoS QPSK RLC RSA Rsv rtPS RTS SA SDU SIFS SOFDMA SNMP SS TDD TDM TDMA TFTP UGS UIUC UL-MAP UNII VPN WAP WDS WEP Wi-Fi

Protocol Data Unit Physical PCF InterFrame Spacing Privacy Key Management Point-MultiPoint Point to Point Protocol Power Management Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Radio Link Control Rivest, Shamir, Adleman Reserved Real Time Polling Service Request to Send Security Associations Service Data Unit Short InterFrame Spacing Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access Simple Network Management Protocol Subscriber Station Time Division Duplexing Time Division Multiplex Time Division Multiple Access Trivial File Transfer Protocol Unsolicited Grant Service Uplink Interval Use Code Uplink Map Universal Networking Information Infrastructure Virtual Private Network Wireless Aplication Protocol Wireless Distribution System Wireless Equivalent Privacy Wireless Fidelity

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WiMAX WLAN WMAN

Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Network Wireless Metropolitan Area Network

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1. INTRODUO1.1. Contextualizao e MotivaoTalvez muitos no saibam, mas as comunicaes sem fio so utilizadas em larga escala e esto cada vez mais presentes no nosso dia a dia [1]. Essas comunicaes sem fio vm para satisfazer diversas necessidade e desejos, tais como: conforto, comodidade, flexibilidade. Podemos notar sua presena em diversos aparelhos: no controle remoto da televiso, do aparelho de som, do porto eletrnico, em celulares, notebooks, Personal Digital Assistants (PDAs), bem como para resolver diversos problemas que ao longo do tempo foram surgindo. A comunicao por infravermelho muito utilizada em diversos aparelhos eletrnicos, como controles remotos e, atualmente, at em celulares para a transferncia de dados de um aparelho para outro [1]. Outra tecnologia sem fio o chamado Bluetooth, baseado no padro 802.15 [2], que no alcana longas distncias comumente utilizados em celulares, mas com a grande vantagem de reconhecer qualquer aparelho ou dispositivo que tambm utilize essa tecnologia. Ao longo do tempo profissionais e fabricantes de equipamentos da rea de redes perceberam que era possvel unir as redes de computadores com a comunicao sem fio. Comearam ento a desenvolver aparelhos que faziam a comunicao sem fio destes computadores em rede. Surgiram alguns problemas, pois no havia um padro entre esses aparelhos, assim o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) decidiu que era necessria criao de um padro e que este fosse aberto. O IEEE criou uma equipe de pesquisadores destinada criao deste padro para as redes sem fio. O primeiro padro dessas redes foi o 802.11, conhecido comercialmente como Wireless Fidelity (Wi-Fi). Como a evoluo dos computadores, notebooks, PDAs e celulares atualmente muito rpida, h uma grande necessidade das redes sem fio acompanharem esta evoluo, para atender as mais diversas aplicaes, tais como, acesso a internet em aeroportos, universidades, bibliotecas sem a utilizao de cabeamento. Devido aplicaes mais robustas, esse padro no satisfazes certas exigncias como segurana, qualidade de servio, largura de banda, entre outros, sendo assim, surgiu um novo padro o Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) para suprir es-

sas exigncias e outras necessidades. Portanto, pode-se dizer que os grandes impulsionadores destas tecnologias foram os celulares e os notebooks, atualmente os eletro-eletrnicos mais vendidos, bem como a necessidade de poder us-los em qualquer local que se esteja [1]. As motivaes deste trabalho: i) a crescente evoluo das tecnologias de redes de computadores sem fio, cujo mercado tem investido bastante; ii) a socializao da internet como meio de comunicao, lazer e trabalho que atravs de enlaces sem fio poderia atingir uma grande rea de cobertura. Levando assim este tipo de servio onde no possvel a utilizao de cabos; iii) a crescente utilizao dos servios de banda larga, e que estes cheguem ao ponto de serem gratuitos; iv) uma contribuio para a popularizao destas tecnologias fazendo com que no se utilize mais linhas telefnicas, ainda muito utilizadas, para acesso a internet, sendo que no foram projetadas para este fim.

1.2. Objetivos e Estrutura do TrabalhoEste trabalho tem como principal objetivo realizar um estudo e uma anlise de uma tecnologia emergente em redes de computadores sem fio, o WiMax, baseado no padro 802.16 e certificado pelo IEEE. Ser apresentado e analisado um outro padro, o Wi-Fi, afim de se comparar com o padro 802.16. Para tanto, sero utilizados normas tcnicas do prprio padro IEEE 802.16, IEEE 802.11, artigos e diversos outros tipos de materiais. Por fim ser feita uma anlise de uma rede sem fio, classificando-a quanto a sua topologia, descrevendo as caractersticas dos equipamentos utilizados e, por fim, ser feita uma concluso com alguns comentrios sobre esta rede sem fio. O presente trabalho est organizado da seguinte forma: o Captulo 2 descreve as caractersticas do padro de redes sem fio, 802.16. No Captulo 3, ser descrito outro padro de redes sem fio, o padro 802.11. O Captulo 4 traz uma comparao de alguns aspectos desses dois padres descritos anteriormente. No Captulo 5 apresentada uma anlise de uma rede sem fio de computadores e o Captulo 6 apresenta as concluses do trabalho.

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2. O PADRO 802.16Com os avanos tecnolgicos das redes de computadores, a procura dos usurios pelos servios de Internet faz com que haja uma evoluo cada vez maior dessas redes facilitando assim a implementao das mesmas em diversos tipos de ambientes. H uma grande exigncia por parte dos usurios por servios como compartilhamento de arquivos, jogos em redes, entre outros, tanto no cenrio comercial quanto no cenrio domstico. Existem hoje duas tecnologias mais difundidas em banda larga: i) a Digital Subscriber Line (xDSL) [3] que um conjunto de tecnologias que fornecem transmisso de dados digital e que utiliza a prpria linha telefnica existente, sendo assim, cabeada; ii) o Broadband Wireless Access (BWA) [4], um outro conjunto de tecnologias que utiliza o ar como meio de transmisso de dados. interessante observar que a segunda tecnologia, BWA, tem uma grande vantagem sobre a primeira, xDSL, por no necessitar de cabeamento. WiMAX o nome popular de uma das mais recentes tecnologias, dos ltimos cinco anos, que se refere as Wireless Metropolitan Area Network (WMAN), vindo para suprir as necessidades e as restries das outras tecnologias. Para tanto, necessrio que essa tecnologia consiga atingir altas taxas de transmisso, alcance uma grande rea de cobertura e que possa ter um grande nmero de usurios [5]. A tecnologia WiMAX baseia-se na famlia de padres do IEEE, sendo descrita como o padro 802.16. Inicialmente as faixas de freqncia utilizadas eram entre 10 GHz e 66 GHz; causando assim alguns empecilhos devido ao comprimento da onda e ao baixo aproveitamento da banda. As atualizaes dos padres j comeam a trabalhar com freqncias mais baixa, na faixa de 2 a 11 GHz, utilizando modulao Ortogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), o que j foi um grande avano sobre o padro anterior. O padro 802.16-2004, rene todas as modificaes e melhorias dos padres anteriores. Outro padro da famlia 802.16 o 802.16e que permitir maior mobilidade para os usurios na rea de servios WiMAX [5].

2.1. Pilha de ProtocoloO padro a ser estudado refere-se a uma pilha de protocolo bastante parecida com a maioria das famlias de padres do IEEE 802, contendo um nmero maior de divises, como ilustrado na Figura 2.1:

Figura 2.1: Pilha de Protocolo do Padro 802.16 A pilha de protocolo dividida em duas partes: a camada PHY (Fsica) e a camada Medium Access Control (MAC). A camada de enlace de dados dividida em trs subcamadas: subcamada de segurana (secutiry sublayer), subcamada de convergncia comum (MAC CPS - Common Part Sublayer) e subcamada de convergncia de servios especficos (CS - Convergence Sublayer) [6]. A seguir, descreveremos cada uma das camadas e subcamadas do padro 802.16.

2.2. Camada Fsica (PHY)A camada fsica (PHY) da pilha de protocolo segue as especificaes do padro 802.16, tais como: estrutura de multiplexao, vazo, sincronizao de transmissores e receptores, correo de erros e definio do espectro de freqncia. Esta camada fsica pode ser descrita com maiores detalhes, analisando as especificaes de cada diviso com as quais ela pode trabalhar. Assim descreveremos com mais de-

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talhes cada uma destas especificaes.

2.2.1. WirelessMAN-SCA Wireless MAN-SC trabalha na faixa de freqncia que varia de 10 GHz a 66 GHz, opera com linha de visada ou Line of Sight (LOS), suporta dois tipos de mtodos de duplexing, o Frequency Division Duplexing (FDD) e o Time Division Duplexing (TDD). Pode-se utilizar vrios perfis de transmisso adaptativa (ABPs Adaptive Burst Profiles) ou modulao adaptativa, onde os parmetros de transmisso podem ser ajustados de acordo com cada estao [5]. Este esquema de ABPs possui trs tipos de modulaes diferentes: o Quadrature Amplitude Modulation (QAM-64), Quadrature Amplitude Modulation (QAM-16) e Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). A escolha dessa modulao est condicionada qualidade do enlace. Nos casos onde se deseja qualidade do enlace elevada, o perfil escolhido o QAM-64. Onde os enlaces requerem estabilidade e qualidade da conexo, o perfil ideal o QPSK e para enlaces onde h possibilidade de atenuao de sinal utilizado o QAM-16. Esse sistema de perfil tambm leva em conta a distncia da Subscriber Station (SS) at a Base Station (BS). Estaes que estiverem mais longe da BS, utilizaro o esquema de modulao QPSK, SS que estiverem a uma distncia mediana da BS, utilizar o esquema QMA-16 e para as SSs que estiverem a uma distncia mais curta, o esquema a ser aplicado o QAM-64 (Figura 2.2) [5].

Figura 2.2: Modulao Adaptativa Na WirelessMAN-SC o subquadro de downlink utiliza a tcnica Time Division Multiplex (TDM), realizando a difuso da informao que destinada para cada estao de um

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mesmo setor, j o subquadro de uplink, utiliza uma combinao de duas tcnicas, Time Division Multiple Access (TDMA) e Demand Assigned Multiple Access (DAMA). O FDD suporta full-duplex e half-duplex, isto porque ele utiliza diviso de faixa por freqncia, e cada freqncia pode utilizar modulaes diferentes. J no TDD, cada quadro possui tamanho fixo, mas pode-se ajustar uma poro do quadro destinado para uplink (Uplink Subframe) e downlink (Downlink Subframe) (Figura 2.3) [7]. Com isso possvel ajustar a capacidade de transmisso tanto para downlink, quanto para uplink. Os slots de tempo de cada quadro podem ser alocados para uma nica SS ou para um grupo de SSs.

Figura 2.3: Quadro Ajustvel O mapeamento de downlink enviado no incio de cada subquadro por uma BS, para determinar os slots de tempo de uma determinada SS. Este mapeamento demonstra os dados que sero esperados para esta transmisso, assim como alguns parmetros de transmisso que tambm sero utilizados (ABP). A alocao de slots de tempo feita pela BS. H um grande problema em se utilizar o TDD, devido ao atraso de propagao do sinal pelo meio, no caso o ar, fazendo com que os quadros sejam recebidos aps um intervalo de tempo no destino. Pode-se notar ento que, para o TDD funcionar corretamente, deve existir uma sincronizao entre os quadros das SSs e os quadros BS, mas mesmo assim para que no ocorra atraso necessrio que as SSs iniciem a transmisso de seus slots de tempo antecipadamente.

2.2.2. WirelessMAN-SCaSegundo [6], a WireleessMAN-SCa opera nas faixas de freqncia abaixo de 11 GHz e suporta dois mtodos de duplexing FDD e TDD. baseado em transmisso por Single Carrier (SC) ou nica portadora, devido a sua faixa de freqncia, capaz de trabalhar

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sem linha de visada ou Non Line of Sight (NLOS). O downlink utiliza a tcnica de TDM ou TDMA e o uplink utiliza TDMA. Suporta modulao adaptativa (ABP) e tcnica de correo de erros antecipadas Forward Error Correction (FEC), esta tcnica consiste em realizar as correes de erros sem retransmisso da mensagem atravs do uso de cdigos de redundncia, tanto a deteco quanto a correo feita pelo receptor, isso s pode ser feito devido a outra tcnica que a Reed-Solomon GF (256), que acrescenta alguns bits extras aos dados antes da transmisso. A FEC utilizada no downlink e no uplink. Acrescenta melhorias nas estruturas dos quadros para poder contornar a condio de transmisso sem visada de linha NLOS [6].

2.2.3. WirelessMAN-OFDMA WirelessMAN-OFDM baseada em um outro esquema de modulao o Ortoghonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), que transmite em mltiplos canais espaados ortogonalmente e ao mesmo tempo, evitando interferncias [8]. Trabalha em faixas de freqncia abaixo de 11 GHz, e tambm opera sem linha de visada. A transmisso OFDM possui 256 subportadoras, sendo que nem todas so utilizadas para transmitir os dados, apenas 200 delas. As restantes so utilizadas como subportadoras de guarda. Suporta ABPs e FEC, tanto para o uplink como para o downlink. Um quadro consiste de um Downlink Subframe, que composto por um nico Physical Protocol Data Unit (PHY PDU), e um Uplink Subframe, que composto por um ou mais PHY PDUs. Os PHY PDUs so formados por algumas partes, no incio existe um prembulo, que utilizado para a sincronizao. Aps este prembulo existe um outro campo chamado de Frame Control Header (FCH) que um campo de controle que tem uma srie de funes, incluindo mapeamento. Logo aps o campo de controle existem diversos Downlink Bursts, cada um podendo utilizar diferentes ABPs. Esta camada pode ter diferentes estruturas de transmisso dependendo do tipo de topologia que se utilizar, PMP (Point-MultiPoint) ou Mesh [6].

2.2.4. WirelessMAN-OFDMAA WirelessMAN-OFDMA tem suas faixas de freqncia abaixo de 11 GHz, utiliza o modelo de modulao Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) mas com um nmero muito maior de subportadoras: 2048. O termo Mutiple Access devido ao elevado nmero de portadoras [6]. Este grande nmero de subportadoras acarreta no au-

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mento de requisies de sincronizao, assim tornando mais lento o Fast Fourier Transform (FFT). Por estes e alguns outros motivos esta interface no tem despertado um grande interesse na sua utilizao, sendo mais bem vista a com 256 subportadoras.

2.2.5. WirelessHUMANA WirelessHUMAN atende algumas funcionalidades especficas para operar em banda de freqncia no licenciada as High-Speed Unlicensed Metropolitan Area Networks (HUMAN). Opera nas faixas de 5 GHz a 6 GHz, atravs de canais com um espaamento de 5 MHz, propondo trabalhar com aparelhos que estejam na mesma faixa de freqncia. Ainda mais um modelo ou um conceito do que uma implementao em si [9].

2.3. Camada de Controle de Acesso ao MeioA camada de controle de acesso ao meio (MAC) a camada subseqente a camada fsica e est dividida em trs subcamadas: a subcamada de segurana ou de privacidade, subcamada de convergncia comum e a subcamada de convergncia de servios especficos, tem como funo fornecer servios camada subseqente a ela, a camada de rede (Figura 2.1). A camada MAC deve suportar trfego contnuo de dados e trfego em rajadas, mas com um certo nvel de qualidade de servio (QoS) adicional, de acordo com cada uso. orientada a conexo e inclui a subcamada de servios especficos que se conecta camada superior: a subcamada comum do MAC, que a responsvel pelas funes chaves da camada MAC. Logo em seguida tem-se a subcamada de segurana. O protocolo MAC foi projetado para tipos de aplicaes como Wireless broadband ponto-multiponto, mas mesmo assim suporta ponto a ponto, com grandes chances de suportar taxas elevadas de downlink e uplink.

2.3.1. Subcamada de SeguranaA subcamada de segurana uma das trs subcamadas que integram a camada MAC. Ela prov aos assinantes privacidade com autenticao ou uma larga faixa de banda atravs da rede wireless. Faz isto aplicando encriptao s conexes entre a SS e a BS [10]. A BS protege contra acesso no autorizado aos servios de transporte de dados, forando a criptografia do fluxo de servios atravs da rede. Com isso, fornece uma forte proteo

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contra roubo de servios [6]. Nesta subcamada so empregados dois tipos de protocolos, o primeiro um protocolo de encapsulamento para assegurar os pacotes de dados pelas redes BWA. Este protocolo define em primeiro lugar um conjunto de sutes de criptografia suportada, o pareamento dos dados encriptados, e em seguida regras para aplicao desses algoritmos no MAC PDU payload. O segundo o Key Management Protocol (PKM), protocolo de gerenciamento de chaves que fornece a distribuio segura das chaves de dados da BS para a SS. Com este protocolo de gerencia de chaves, as SS e as BS sincronizam as chaves de dados, alm disso, a BS usa esse protocolo para reatualizao peridica das chaves. O protocolo de autenticao PKM utiliza certificao digital X.509, algoritmo Rivest, Shamir, Adleman (RSA) [11] de encriptao de chave publica, e forte algoritmos de encriptao para troca de chaves entre uma SS e uma BS. O PKM foi desenvolvido atravs do conceito de Security Associations (SA), que nada mais que um conjunto de mtodos de criptografia, e que possu uma srie de informaes sobre quais algoritmos devem ser utilizados, quais chaves utilizar, entre outros parmetros [6]. Uma BS autentica um cliente SS durante a troca inicial de autorizao. Cada SS j tem um certificado digital X.509 emitido pelo fabricante. Este certificado digital j a chave publica das SSs e o seu endereo MAC.

2.3.2. Subcamada de Convergncia ComumA camada de convergncia comum da camada MAC tem como funcionalidades o estabelecimento e o gerenciamento das conexes realizadas entre as BS e as SSs, suporte a qualidade de servio (QoS) e gerenciamento de largura de banda. Com todas essas funes, ela recebe e envia dados de outras camadas de convergncia e faz todos os ajustes que forem necessrios para adequao do tipo de conexo MAC [6]. A subcamada de convergncia comum orientada a conexo, com o propsito de mapeamento de servio nas SSs e associao de nveis de QoS de uma conexo. Uma vez estabelecida esta conexo necessrio uma manuteno contnua, dependendo do tipo de servio conectado. Essas conexes so baseadas no Conection Identificator (CID), composto por um conjunto de 16 bits e que pode requerer alguma garantia de banda ou seno banda sobre demanda quando estiver estabelecendo a conexo [10]. Para cada SS existe um identificador nico que o endereo MAC, este endereo

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composto por 48 bits, utilizado para estabelecer e autenticar uma conexo entre uma BS e uma SS. Na inicializao da conexo de uma SS designado outro tipo de conexo que so as conexes de gerenciamento em algumas direes, dependendo da requisio de QoS e de acordo com o tipo de gerenciamento. Na verdade, so trs tipos de conexes estabelecidas: conexo base, conexo primria de gerncia e conexo secundria de gerncia, sendo que a terceira pode ser opcional. A conexo de base usada para enviar mensagens pequenas ou curtas de gerncia MAC, mensagem Radio Link Control (RLC) e que sejam urgentes entre a SS e a BS. A conexo primria utilizada para enviar mensagens um pouco maiores ou mais longas e que no sejam to urgentes sendo menos sensveis ao atraso, e a conexo secundria envia mensagens de gerncia tambm tolerantes ao atraso de outros tipos de protocolos, como o Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Trivial File Transfer Protocol (TFTP) e Simple Network Management Protocol (SNMP) [6]. A seguir sero descritos com maiores detalhes algumas das especificaes da subcamada de convergncia comum da MAC, como o formato de quadro, fragmentao e empacotamento, formato do MAC PDU, escalonamento e, requisio e concesso de largura de banda.

2.3.2.1. Formatos do MAC PDUO MAC PDU (Protocol Data Unit) possui tamanho varivel, a unidade de dados onde so realizadas as trocas entre as camadas MAC de uma SS e uma BS. Est dividido em trs partes: a primeira parte o cabealho de tamanho fixo (seis bytes), seguido pelo payload que possui tamanho varivel e opcionalmente um protocolo de correo de erros, Ciclic Redundance Check (CRC), de 4 bytes. Pode-se verificar que este MAC PDU ter um tamanho mnimo de 6 bytes, pois o payload pode estar vazio e o CRC, sendo opcional, pode ser omitido, e ter um tamanho mximo de 2048 bytes com todos os campos inclusos. Vale ressaltar que este MAC PDU de tamanho mnimo tem uma funo importante pois ele responsvel pela requisio da largura de banda. No payload onde se encontram dados da subcamada de convergncia, mensagens de gerenciamento da MAC, MAC SDUs ou fragmentos de MAC SDUs encapsulados. (Figura 2.4) [10].

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Figura 2.4: Formato do MAC PDU Como o MAC PDU tem o payload e o CRC, que so opcionais, ele pode assumir duas formas ou dois tipos de cabealhos. Um deles seria o de requisio de largura de banda e o outro seria um cabealho genrico. O cabealho genrico do MAC PDU ilustrado pela Figura 2.5 compostos pelos seguintes campos [12]:

Figura 2.5: Cabealho Genrico do MAC PDU

Header Type (HT) de tamanho 1 bit, indicar se o cabealho genrico (HT=0) ou se trata de um cabealho de requisio de banda (HT=1);

Encription Control (EC), indica se o payload vai ser ou no criptografado; Type, informa o tipo de quadro e se existir algum tipo de fragmentao ou compactao;

Reserved (Rsv) bit reservado para uso futuro; Idicator CRC (IC), indicar se haver o campo de CRC do fim do MAC PDU; Encription Key Sequence (EKS) indica a chave de criptografia que utilizada para criptografar o quadro;

Lenght (LEN), indica o tamanho total do MAC PDU;

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Connection Identifier (CID), indica a qual conexo a que pertence o MAC PDU; Header Check Sequence (HCS), campo correspondente a sequncia que verificar o cabealho.

O cabealho mostrado na Figura 2.6 o cabealho de requisio de largura de banda, sendo composto por campos como: HT em 1, o campo EC setado em 0 porque no h criptografia, o campo type que pode assumir dois tipos de valores diferentes, quando em 0 requisio de banda incremental e quando em 1, requisio de banda agregada, o campo Bandwidth Request (BR) que tem um tamanho de 16 bits, que informa a quantidade de banda que necessria para o transporte de uma quantidade de bytes e os restantes dos campos com as mesma caractersticas do cabealho genrico [12].

Figura 2.6: Cabealho de Requisio de Banda no MAC PDU Alm desses dois tipos de cabealho existem ainda outros tipos de cabealhos que podem ser encontrados no payload de um MAC PDU. So eles:

Mesh: indica o node ID em uma topologia de rede Mesh; Fragmentao: controla o processo de fragmentao do MAC SDUs (Service Data Unit), podendo ser fragmentado tanto na SS como na BS;

Grant Management: utilizado para requisio de banda piggyback, que consiste na solicitao de banda junto a um quadro de dados;

Empacotamento: o processo inverso da fragmentao, encapsula vrios MAC SDUs em um nico MAC PDU podendo ocorrer na SS ou na BS;

Retransmisso: utilizado para pedir a retransmisso de um ou mais MAC SDUs

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caso haja algum tipo de problema na transmisso;

Fast-Feedback Allocation: acelera a troca de informao na camada fsica;

Os cabealhos e os subcabealhos que foram descritos anteriormente levam a existncia de tipos de quadro diferentes e que sero explicados abaixo [9]:

Quadros de Dados: levam subcabealho junto do payload, transmitidos na conexo de dados;

Quadros de Gerenciamento: carregam junto ao payload mensagens de gerenciamento MAC, transmitidos nas conexes de gerncia e tem o formato ilustrado pela Figura 2.7;

Figura 2.7: Mensagem de Gerenciamento

Quadro de Requisio de Banda: no possui payload, usado no cabealho de requisio de banda, possuindo apenas cabealho.

2.3.2.2. Fragmentao e EmpacotamentoA fragmentao o processo pelo qual so divididos os MAC SDUs em pedaos menores ou fragmentos e que sero transportados pelo MAC PDU, que tem o controle desta fragmentao, devido ao subcabealho de fragmentao, sendo transportado juntamente com os cabealhos de controle no MAC PDU [12]. A SS monta corretamente o payload original atravs dos campos de controle, mas em caso de perda, todos os MAC PDUs so descartados para que se possa encontrar o primeiro fragmento novamente, ou no caso de ser um MAC PDU no fragmentado, a deteco deste MAC PDU. O empacotamento o processo pelo qual utilizado o encapsulamento de fragmentos MAC SDUs ou alguns MAC SDUs em um nico MAC PDU [13]. Podem existir MAC SDUs de dois tipos, um de tamanho fixo e um de tamanho variado. Com isso, tem-se dois procedimentos para o empacotamento desses tipos de MAC SDUs. No caso do MAC SDU varivel, existe a necessidade de se colocar alguns subcabealhos para informar o tamanho dos MAC SDUs junto s informaes de controle, facilitando assim o processo de empaco-

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tamento e fragmentao. J no caso dos MAC SDUs fixos, no h necessidade de inserir estes subcabealhos extras, pois sabe-se antecipadamente qual o tamanho dos MAC SDUs. Aps o recebimento desses MAC PDUs pelos seus destinos, eles so remontados de modo que os MAC SDUs geradores sejam restaurados idnticos aos originais mas sem que o receptor desses MAC SDUs saibam que eles foram fragmentados ou empacotados. O padro 802.16 permite que esses dois processos, tanto de fragmentao quanto de empacotamento ocorram simultaneamente, com isso, haver um maior aproveitamento da banda.

2.3.2.3. Formato de Quadro do Padro 802.16O padro 802.16 do IEEE adotou quadros divididos em time-slots com tempo de durao de 0,5 at 2 ms, para identificar as transmisses da camada fsica e para alocao de largura de banda. Sendo assim temos subdivises que so os subquadros de downlink e de uplink. No subquadro de downlink existem trs campos, o prembulo, o Downlink Map (DL-MAP) e o Uplink Map (UL-MAP), utilizados para transmies fsicas no downlink, ou seja, largura de banda e perfis de perda no uplink. Como mostra a Figura 2.8 [12].

Figura 2.8: Estrutura do Subquadro de Downlink O DL-MAP tambm responsvel por informar parmetros que dizem a respeito do sistema para que as outras SSs possam saber quando se conectar. Informa tambm algumas especificaes das transies da camada fsica que ocorrem devido a mudana de perfis

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adaptativa, entre outras modificaes como mudana de FEC, mudana de modulao. No subquadro uplink, como mostra a Figura 2.9, existe um campo chamado Uplink Map (UL-MAP) que permite que uma determinada SS requisite uma largura de banda e qu as SSs restantes faam sua requisio de banda atravs de alocao usando Uplink Interval Use Code (UIUC). Isso feito no incio do UL-MAP para que haja largura de banda garantida [12].

Figura 2.9: Estrutura do Subquadro de Uplink Como visto anteriormente, o padro 802.16 suporta dois tipos de duplexing, o FDD e o TDD. No caso do FDD os subquadros de downlink e uplink esto alocados em faixas de freqncias separadas, conforme ilustra a Figura 2.10 [13].

Figura 2.10: Transmisso do Subquadro de Downlink e Uplink no FDD

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O FDD utiliza quadros de durao fixa nas transies dos subquadros de downlink e de uplink o que permite a utilizao de diferentes modulaes e estaes SS full-duplex e estaes SS half-duplex simultaneamente. Nesta duplexing utilizada a tcnica de TDM com uma pequena parcela de TDMA com acrscimo de prembulos extras para que tenha um melhor aproveitamento. Caso haja muitas SSs utilizando esta duplexing, a perda de sincronizao pode ocorrer com uma freqncia maior. A insero de prembulos extras revolve este tipo de problema. No caso da duplexing TDD, a transmisso de subquadros downlink e uplink, compartilha a mesma faixa de freqncia, porem em intervalos de tempo diferentes, mas podendo ser ajustados conforme a largura de banda (Figura 2.11) [7].

Figura 2.11: Transmisso do Subquadro de Downlink e Uplink no TDD

2.3.2.4. EscalonamentoO escalonamento um servio que define o tipo de prioridade de transmisso para cada conexo existente. Toda conexo tem um CID que se enquadra em um tipo pr-definido de escalonamento. Essas classes pr-definidas possuem alguns parmetros que quantificaro os pr-requisitos de QoS [14]. O gerenciamento do escalonamento feito atravs da mensagem de gerncia da Dynamic Service Addition (DAS) e da Dynamic Service Change (DSC). Existem quatro classes de servios: Unsolicited Grant Service (UGS), Real Time Polling Service (rtPS), Non-real-time Polling Service (nrtPS) e Best Effort (BE) [7].

UGS: esta classe est voltada para servios que necessitam de trfego em tempo real com tamanho de pacotes fixo, gerando assim um fluxo de dados contnuo.

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Neste caso, ao estabelecer uma conexo utilizando essa classe fornecida uma taxa fixa de largura de banda determinada pela BS sem que a SS solicite. Com isso as UGS no podem disputar oportunidades de acesso aleatrio de transmisso.

rtPS: projetada para suportar servios que necessitem de trfego em tempo real, mas com fluxo de dados varivel, ou seja, pacotes de dados de tamanho varivel. Uma SS solicita uma determinada largura de banda. Este tipo de classe tambm no pode disputar acesso aleatrio de transmisso.

nrtPS: desenvolvida para servios que no necessitam de trfego em tempo real, voltada para trfego tolerante a atrasos e com fluxo varivel. Trabalha com o sistema de polls (fichas) de transmisso, isto garantir que haja oportunidade de transmisso mesmo que tenha congestionamento. Podem disputar acesso aleatrio de transmisso para a requisio de banda.

BE: projetada para fornecer servios baseados em trfego de melhor esforo, mais utilizado para transmisso de dados, com fluxo dados varivel, sendo assim pacotes de dados com tamanho varivel. No se tem nenhuma garantia de atraso ou de vazo. Uma SS ter a oportunidade de disputa para envio de um pedido de requisio de largura de banda atravs de duas formas: em slots de tempo aleatrio ou em oportunidades de transmisso dedicada.

2.3.2.5. Requisio e Concesso de Largura de BandaA Requisio de largura de banda o processo pelo qual uma SS indica para uma BS que necessita de uma alocao de largura de banda. Essas requisies so feitas atravs de uma das trs conexes de gerenciamento, que iro negociar parmetros e classes de servios. Existem dois tipos de requisio as incrementais e as agregadas. A requisio incremental aquela onde ser adicionada a banda requerida banda j existente da conexo, j a requisio agregada substitui a largura de banda da conexo existente pela nova requisio de banda. Para que haja este dois tipos de requisio de banda, as SSs devem enviar periodicamente requisies de banda e essas atualizaes iro depender da funo da classe de servio utilizada e da qualidade do enlace. As concesso so feitas atravs dos CIDs, e podem ser de dois tipos, uma atravs de

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Grant Per Connection (GPC) e outra por Grant Per SS (GPSS). No caso da GPC a concesso dada especificamente para um CID, pois se fosse para vrios CIDs, ocorreria overhead devido ao aumento dos UL-MAP, no caso GPSS todas as SSs seriam atendidas e cada SS compartilharia esta largura de banda, referente aos critrios de QoS.

2.3.3. Subcamada de Convergncia Especficaltima parte integrante da camada MAC, a subcamada de convergncia especfica, tem como funcionalidades as adaptaes necessrios para qualquer cliente de rede WiMAX. Esta subcamada dita especfica porque diferem dependendo da tecnologia do cliente. Existem por enquanto dois tipos de especificaes da subcamada de convergncia Convergence Sublayer (CS), a Packet CS e a ATM CS [6]. A Packet CS um tipo de servio da subcamada de convergncia especfica para transporte dos protocolos baseados em pacotes, o Ethernet, o Protocolo de Internet (IP) e o Protocolo Ponto a Ponto (PPP). Esta subcamada utiliza os servios da camada MAC para executar suas funes, tais como, classificao dos MAC PDUs de protocolos e camadas superiores na conexo apropriada, envio de CS PDU resultante para a camada MAC SAP, recepo de CS PDU da camada MAC SAP, recuperar informaes de qualquer cabealho que por algum motivo no apareceu e opcionalmente a supresso de cabealho. Outro tipo de servio o ATM CS baseado em uma rede ATM. Este servio uma interface lgica que associa diferentes servios ATM com a subcamada de convergncia comum da camada MAC. O ATM CS foi projetada para dar suporte a convergncia de MAC PDUs do protocolo de uma das camadas das redes ATM. Aceita clulas ATM, classifica se solicitado, entrega o CS PDU (Figura 2.12) para a camada MAC SAP apropriada, suprimi cabealho, preserva ou habilita o QoS e a largura de banda, ajustando todos os parmetros necessrios de uma rede ATM [10].

Figura 2.12: Formato de CS PDU para conexes ATM

2.4. ArquiteturasO padro 802.16 baseia-se em duas arquiteturas diferentes, uma arquitetura fixa baseada no padro 802.16-2004 e outra arquitetura mvel baseada no padro 802.16e, todos

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eles homologados pelo IEEE. Dentro dessas arquiteturas temos tipos de topologias diferentes como por exemplo: as topologias ponto a ponto, ponto-multiponto e Mesh.

2.4.1. Topologia Ponto a PontoNa topologia ponto a ponto a ligao feita de um nico ponto de origem e um nico ponto de destino, esta ligao exclusiva e pode ser utilizada para diferentes aplicaes, como interligao de redes corporativas, de acesso a internet ou ainda ligao direta ao cliente final [15]. Tanto a primeira como a segunda aplicao podem ser conhecidas como Backhaul de uma rede para outra (Figura 2.13). Como se trata de uma tecnologia de redes sem fio, a ligao entre esses dois pontos feita por dois rdios com antenas direcionadas e podem ser tanto LOS como NLOS.

Figura 2.13: WiMAX como Backhaul para Rede Wi-Fi

2.4.2. Topologia Ponto-MultipontoA topologia ponto-multiponto nada mais que a ligao de um nico ponto de origem para vrios pontos de destino. Com isso atende diversos usurios ao mesmo tempo, mas com uma diferena da topologia ponto a ponto, utiliza apenas uma BS (Figura 2.14) [16]. Para esse tipo de ligao so utilizadas antenas omnidirecionais ou diretivas setoriais, dependendo da rea de cobertura que se deseja atingir. As reas de cobertura formadas pelas antenas so denominadas clulas. Do mesmo modo que a topologia ponto a ponto, pode-se utilizar esta topologia para ligaes de redes corporativas, acesso a internet e outros tipos de aplicao [16].

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Figura 2.14: Topologia Ponto-Multiponto

2.4.3. Topologia MeshA topologia mesh uma topologia de redes em malha ou multihop, onde alm das ligaes das SS com as BS, existem ligaes de uma SS com outra SS, e portanto pode-se ter um escoamento maior do trfego de dados na rede. Este tipo de topologia pode ser interessante pois ampliaria esta rede sem a necessidade de implantao de novas BS, visto que a implementao de uma BS tem um alto custo em relao a implantao de uma SS. Funciona como as outras duas topologia a nica diferena somente no tipo da estrutura (Figura 2.15) [17].

Figura 2.15: Topologia de Rede Mesh

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2.5. Famlia do Padro 802.16O padro 802.16 no nico, e sim um conjunto de padres que vem sofrendo alteraes, com o intuito de melhorar cada vez mais. Dentre esses conjunto de padres os mais importantes so: o 802.16d e o 802.16e. O primeiro dito como WiMAX fixo e o segundo como WiMAX mvel. O protocolo 802.16 foi desenvolvido para trabalhar com freqncia de 10 a 66 GHz, com visada direta, taxas de transmisso de at 134 Mbps e um alcance de 5Km. A seguir sero descritos com maior detalhes os dois padres que evoluram do padro 802.16.

2.5.1. Padro 802.16dO padro 802.16d uma evoluo do padro que o antecedeu, o 802.16a, pode ser chamado de 802.16-2004 ou 802.16REVd [18]. Conhecido tambm como Wi-MAX fixo ou nomdico, pois permite apenas uma pequena mobilidade, j que no suporta handoffs. Handoffs nada mais so do que a troca de uma clula para a outra durante a comunicao. Homologada pelo IEEE em junho de 2004, opera na faixa de freqncia de 2 a 11 GHz e trabalha com ou sem linha de visada. As taxas de transferncia podem chegar at 75 Mbps e utiliza o tipo de modulao OFDM. Tem um alcance de 5 a 10 Km e dependendo do tipo de equipamento, antenas com maior ganho e potncia entre outros parmetros, podendo alcanar cerca de 50 Km.

2.5.2. Padro 802.16eConhecido tambm como WiMAX mvel, por suportar troca de clulas durante a transmisso (handoffs), roaming e otimizaes para mobilidade [18]. Ratificado em dezembro de 2005, opera em freqncia que variam de 2 a 6 GHz sem a necessidade de visada direta e taxas de transferncia de at 15 Mbps. O raio de alcance de uma clula pode variar de 2 a 5 Km, sendo assim o alcance deste padro estar restrito apenas ao conjunto de clulas existentes. Utiliza uma tcnica de modulao chamada Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (SOFDMA) transmite atravs de multiportadoras com subcanalizao. WiBro um padro baseado no IEEE 802.16e, desenvolvido na Coria, s que este no pode ser considerado WiMAX, pois no certificado e nem segue os perfis do WiMAX frum [18].

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2.5.3. Resumo da Famlia do Padro 802.16A seguir apresentado uma tabela (Tabela 2.1) com um resumo geral do padro descrito anteriormente e dos outros dois padres em maior evidncia na atualidade. Tabela 2.1: Famlia do Padres 802.16 802.16 Homologado freqncia Condies do Canal Taxa de Transmisso Modulao Mobilidade Alcance Dezembro de 2001 10 66 GHz LOS At 134 Mbps 802.16a/d Janeiro de 2003 / Junho de 2004 2 11 GHz LOS e NLOS At 75 Mbps 802.16e Dezembro de 2005 2 6 GHz NLOS At 15 Mbps OFDM e OFDMA Mvel

QPSK, 16 QAM e 64 OFDM e OFDMA QAM Fixa 2 5 Km Fixa e mobilidade restrita

5 10 Km (ou at 50 2 5 Km Km)

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3. O PADRO 802.11Os avanos nas comunicaes e nos equipamentos dos ltimos anos possibilitaram o surgimento de vrias tecnologias que cada vez mais tentam atender as necessidades dos usurios de um modo geral e com a melhor qualidade possvel. Equipamentos como PDAs, notebooks, celulares, trouxeram grandes avanos nas tecnologias wireless e, atualmente as comunicaes sem fio ganharam um espao considervel nas transmisses de dados, no apenas existindo em comunicaes em grandes distncias mais tambm agora em ambientes locais [19]. As redes sem fio, alm de proporcionar mobilidade para diversos equipamentos, possibilitam a construo de uma rede onde a infra-estrutura de cabeamento convencional de difcil instalao ou de alto custo, viabilizando pontos de rede com eficincia e um custo/benefcio iguais ou at melhor se comparados ao do sistema cabeado [19]. No incio do desenvolvimento das redes sem fio houve um grande problema: incompatibilidade, pois os equipamentos receptores e transmissores a rdio de ondas curtas que eram vendidos no seguiam nenhum padro [20]. O IEEE criou um grupo de pesquisa destinado a criao de um padro aberto para que a redes sem fio pudesse se tornar cada vez mais uma realidade. Esse padro foi denominado 802.11, nasceu em meados de 1990 e ficou inerte por algum tempo, pois suas taxas de transferncia de dados eram a ordem de Kbps. Conforme as taxas de transferncia aumentavam e chegavam a ordem de Mbps, estas tecnologias passaram a ser vistas como tecnologias promissoras e comearam a receber cada vez mais investimentos e incentivos para construo de equipamentos. O padro 802.11, tambm conhecido como Wi-Fi, homologado em 1997, pode funcionar tanto na presena de uma BS ou Access Point (AP) (modo infra-estrutura), quanto na ausncia dela, transmitindo de um computador a outro (modo Ad-hoc). Inicialmente o padro funcionava com velocidades de 1 ou 2Mbps. Assim, em 1999 foram publicados os padres 802.11a e o 802.11b que tinham as mesmas faixas de freqncia que o 802.11, mas sendo que o primeiro alcanava uma velocidade de at 54Mbps e o segundo 11Mbps, aumentando a famlia de padres 802.11. Tambm foi criado o padro 802.11g que utilizava a modulao do 802.11a e a mesma faixa de freqncia do 802.11b e atingia uma velocidade de at 54 Mbps [20]. Nas prximas sees descreveremos o padro 802.11.

3.1. Pilha de ProtocolosEste padro baseado na pilha de protocolo ilustrado na Figura 3.1 sendo a camada fsica deste padro corresponde a camada fsica do modelo Open Systems Interconnection (OSI).

Figura 3.1: Pilha de Protocolo A camada de enlace de dados se divide em duas subcamadas: a subcamada MAC que determinar quem ir transmitir e a subcamada Logic Link Control (LLC) responsvel pela interface nica com a camada superior (camada de rede). A LLC faz com que a camada superior receba as informaes sem a necessidade de que saiba que tipo de rede 802 foi utilizada [21]. A seguir ser explicada cada subdiviso dessa pilha de protocolo.

3.2. Camada FsicaOs quadros do padro 802.11 s so possveis de serem enviados devido as cinco tcnicas de transmisso utilizadas na camada fsica das redes sem fio, Infrared, Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (HR-DSSS), Orthogonal Frequency Division Multipexing (OFDM). A tcnica de Infrared usa feixes de luz infravermelho que capturado por um receptor sensvel a mesma faixa de radiao enviada pelo emissor, essa comunicao de raios por infravermelho pode atingir velocidades de 9.600 bps at 4 Mbps. A desvantagem dessa tcnica que ela s pode ocorrer um para um um nico emissor para um nico receptor, no possibilitando a troca simultnea de dados [1].

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A Infrared vista nos dias atuais, em diversos aparelhos, mais comumente nos celulares, mas tambm podendo ser encontrados em outros equipamentos como os PDAs e os notebook (Figura 3.2). Est tcnica encontradas tambm em teclados e mouses sem fio. Geralmente utilizados em pequenos aparelhos e que no necessitem de longos alcances [1].

Figura 3.2: Conexo entre Notebook e PDA via infravermelho Trs dessas tcnica so baseadas no sistema de Spread Spectrum onde a idia a de espalhamento espectral, criada pelos militares durante a segunda guerra mundial para que no pudesse monitorar e nem interromper os sinais de rdio emitidos. O sinal transmitido, codificado, modificado e espalhado pelo espectro de freqncia, sendo assim o sinal original ocupa uma banda menor do que o no espectro espalhado [22]. Com isso foi possvel ter transmisses a rdio de altas taxas e confiabilidade. A Primeira delas a ser vista a FHSS ou tambm conhecida como Salto em Freqncia, as informaes saltam em uma sequncia de freqncia pseudo-aleatria, est sequncia gerada por um circuito pseudo-aleatrio, mas que na verdade j trabalha em um padro pr-determinado. As estaes devem estar sincronizadas para que seja possvel saber em qual salto de freqncia sero transmitidas as informaes (Figura 3.3) [23].

Figura 3.3: Tcnica FHSS

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A segunda tcnica a da DSSS (Figura 3.4), conhecida como Sequncia Direta baseia-se na diviso do tempo de durao de um bit, este tempo subdividido em 11 intervalos curtos denominadas chips. Esses chips so transmitidos paralelamente em canais estacionrios de 22MHz de freqncia cada. O Code Division Multiple Access (CDMA) usado em telefonia celular, utiliza desse princpio de sequncia direta. Por exemplo, o bit 1 (01001011101) pode ser transmitido enviando a sequncia de seu chip, que prpria de cada estao, sendo assim seu bit 0 (10110100010) pode ser transmitido usando o complemento do bit 1 [23].

Figura 3.4: Tcnica DSSS A terceira tcnica baseada no Spread Spectrum a HR-DSSS, uma tcnica de disperso de espectro, utilizada no padro 802.11b e permite taxas como 1Mbps, 2Mbps, 5,5Mbps e 11Mbps, utilizando para isto 11 milhes de chips por segundo na banda de 2,4 GHz. Assim tem um alcance 7 vezes maior do que o OFDM usado pelo padro 802.11a. Nas duas taxas de transmisso mais baixas (1Mbps e 2Mbps) funciona a 1Mbaud e 1bits/baud ou 2bits/baud, utilizando modulao BPSK (Binary Phase Shift Keying), nas duas mais elevadas (5,5Mbps e 11Mbps) funcionam a 1.375Mbaud com 4bits/baud e 8bits/baud, sendo compatveis com o DSSS. Outra tcnica utilizada pelas redes sem fio a OFDM que transmite em at 54Mbps na banda Industrial Scientific Medical (ISM), operando em 5GHz com a freqncia dividida em 52 subportadoras, sendo que 4 delas para sincronizao e as outras 48 para a transmisso dos dados, est tcnica bem resistente a interferncia mltiplas e aos atrasos.

3.3. Subcamada MACA subcamada MAC uma das partes integrantes da camada de enlace de dados jun-

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tamente com a LLC. Esta subcamada intermediaria da camada fsica e da subcamada LLC que est ligada a prxima camada, a de rede. Tem por funo o controle do envio de dados de alto nvel. O protocolo desta subcamada admite dois modos de funo de coordenao, um deles o chamado Point Coordination Function (PCF) para redes que tenha BS, e o outro conhecido como Distributed Coordination Function (DCF) mais apropriado para as redes que trabalham em modo Ah-doc. Essas duas funes foram propostas devido a uma deficincia das transmisses a rdio, onde no possvel escutar o barramento ao mesmo tempo em que se transmite, com isso os rdios so todos half-duplex, isso , a transmisso se d somente em um sentido, ou est transmitindo ou est recebendo, isto em uma mesma faixa de freqncia. A primeira funo a ser descrita ser o DCF que utiliza um protocolo semelhante ao Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection (CSMA/CD) usados nas redes Ethernet, o Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance (CSMA/CA) que trabalha de dois modos. Um dos modos baseado no MACA for Wireless (MACAW) que nada mais que a melhoria do Multiple Access with Collision Avoidance (MACA) [24]. Funciona da seguinte maneira, um pequeno quadro (30 bytes) de requisio de transmisso chamado Request to Send (RTS) enviado para a estao receptora, esta por sua vez estimulada a enviar um outro quadro, o Clear to Send (CTS), autorizando a transmisso, isso faz com que as estaes vizinhas detectem uma transmisso e assim evitem de transmitir durante a recepo de um quadro maior. Como os quadros que no tinham sucesso de envio s eram detectados na camada de transporte, gastava-se ento muito tempo para identificar o erro, assim foi necessrio a criao de medidas para que no perdesse este tempo, identificando o erro antecipadamente. Uma das maneiras para se resolver este problema foi a insero de um quadro Affirmative Acknowledgment (ACK) depois do envio de cada quadro com sucesso, alm de algoritmos para controle de fluxo de dados individual, usando o algoritmo de backoff [21] e um mecanismo de troca de mensagens sobre o congestionamento da rede. Exemplificando o que foi dito anteriormente, supondo que a estao A qualquer queira transmitir para uma outra estao B. A inicia a transmisso enviando um RTS para

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B como mostra a Figura 3.5, esse quadro RTS informa o tamanho do quadro que ser transmitido. B responde com um quadro CTS (Figura 3.6) com o comprimento do quadro copiado do RTS de A. Aps o recebimento do CTS, A comea a transmitir [21].

Figura 3.5: Envio do RTS de A para B As estaes que conseguem escutar o RTS esto na mesma faixa de abrangncia da estao A (estaes C e E), sendo assim, ficam inativas sem que possa interferir na recepo do CTS por A. As estaes que podem ouvir o CTS esto na mesma faixa de B (estaes D e E), ficando tambm inativos at que B receba a transmisso do quadro por inteiro e seu tamanho pode ser verificado analisando o CTS [21].

Figura 3.6: Envio do CTS de B para A Como a estao C est somente faixa de A, pode ouvir o RTS, sendo assim se ele

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no interferir na recepo do CTS, j que no o ouvi, estar livre para transmiti. A estao D escuta somente o CTS e no escuta o RTS, logo est prxima a estao receptora, com isso, ficar inativo at que a transferncia do quadro seja terminada. Agora como a estao E consegue ouvir tanto o RTS como o CTS enquadra-se na mesma situao de D, tendo que ficar inativa [21]. O outro modo baseia-se na escuta do canal, a estao que deseja transmitir fica escutando o canal para saber se est inativo, caso seja positivo a estao comear transmitir, caso negativo ela espera at que o canal seja desocupado. Notando-se uma coliso as estaes que estavam transmitindo esperam um determinado tempo para que possam tentar transmitir novamente. Esta espera baseada no algoritmo de recuo binrio exponencial usado na redes Ethernet [21]. Um grande problema enfrentado pelas redes sem fio so as interferncias, a maior parte delas causadas pelo uso de banda ISM no licenciada, assim no se recomenda quadros de tamanhos grandes. O protocolo 802.11 permite que esses quadro sejam fragmentas em quadro menores para que diminua a possibilidade de ocorrncia de erros, sendo chamado de rajada de fragmentos (Figura 3.7).

Figura 3.7: Rajada de Fragmentos A segunda funo de coordenao a ser descrita o PCF que baseia no controle da ordem de transmisso, verificando as estaes que querem transmitir para que assim no haja colises. Esta verificao conhecida como polling que consiste na seguinte idia, enviado um quadro (10 a 100 vezes por segundo) com informaes do sistema, para ordenar quem ir transmitir e ainda convidar estaes que no estejam nesse servio de polling. O PCF

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ainda sim garante largura de banda e qualidade de servio. O IEEE 802.11 oferece tambm uma outra funo de coordenao bem interessante que uma mistura dessas duas funes de coordenao vistas anteriormente, o DCF e o PCF, formando assim o Hybrid Coordenation Function (HCF) baseado em dois mtodos de priorizao do fluxo de trfego de maior interesse, o Enhanced DCF Channel Access (EDCA) e o HCF Controlled Channel Access (HCCA) [25]. O EDCA ir determinar quais trfegos tm maior prioridade na transmisso de pacotes e quais trfegos tero menor prioridade, assim os que tiverem menor prioridade tero um tempo maior de espera para transmitir [25]. Cada prioridade, receber um tempo chamado de TXOP, intervalo de tempo onde cada estao poder transmitir os pacotes em um superquadro. O HCCA determina o intervalo de tempo do envio dos pacotes e da polling. A grande diferena entre o PCF e o HCCA que o HCCA pode determinar classes de trfego. O HCF pode informar as SSs o tamanho da fila para um determinado fluxo ou tambm dar prioridade para algumas estaes. Com o modo HCCA de operao hbrida possvel configurar a qualidade do servio com grande preciso sendo que as prprias estaes possam determinar parmetros especficos como taxas de dados, entre outros. Com isso possvel aplicaes que tenham alto grau de desempenho [25]. Para que no modo HCF possa coexistir os outros dois modos, o DCF e o PCF em uma mesma clula, so definidos quatro tempos (Figura 3.8), e que sero descritos em seguida [21].

Figura 3.8: Tempos de Espaamentos do 802.11

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Short InterFrame Spacing (SIFS): pequeno espao entre dois quadros que permitem que os fragmentos de uma mesma comunicao possa ser transmitir primeiro;

PCF InterFrame Spacing (PIFS): tem por funo apoderar-se do canal de transmisso, caso no haja nenhum sinal de transmisso depois do tempo decorrido do SIFS.

DCF Interframe Spacing (DIFS): tempo pelo qual qualquer estao pode se apoderar do canal para transmisso, enviando um novo quadro, podendo ocorrer colises mas isso solucionado utilizando o algoritmo de recuo binrio exponencial.

Extender Interframe Spacing (EIFS): tempo com baixa prioridade, com funo de avisar o recebimento ou informar a presena de quadros defeituosos.

3.3.1. Formato do Quadro 802.11Os quadro do padro 802.11 seguem o formato genrico ilustrado na Figura 3.9. Nota-se algumas peculiaridades sobre o tipo e o comprimento de alguns campos, mas em contra partido existem algumas caractersticas encontradas nos quadros das redes Ethernet. O prembulo faz parte da camada fsica e guarda informaes como o tipo e o comprimento dos quadros presentes nos cabealhos de dados enviados [25].

Figura 3.9: Formato Genrico do Quadro Os quadros podem ser de diferentes tipos dependendo da funo implementada pelo quadro. Os quadro utilizados pela MAC so de trs tipos diferentes: gerncia, controle e dados. O primeiro campo de um quadro de dados o quadro de controle, composto por 2 bytes, que pode ser visto na Figura 3.10. O quadro de controle dividido em 11 campos diferentes e tem importncia relevante na transmisso dos quadros na rede [26].

Version: composto por 2 bits, permite que dois tipos diferentes de verses de protocolos sejam usados em uma mesma clula;

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Figura 3.10: Quadro de Controle e Quadro de Dados

Type: tambm composto por 2 bits, que indicar o tipo de quadro, controle, dados ou gerncia;

Subtype: composto por 4 bits classificando o quadro em um quadro de solicitao de transmisso ou de permisso de transmisso;

To DS / From DS: todos os dois campos com tamanho de 1 bit, e indicar se o quadro est indo ou se ele est chegando do sistema de distribuio entre as clulas.

MF: composto por 1 bit que indica se ainda existem fragmentos para receber; Retry: bit responsvel por marcar se o quadro est sendo retransmitido, assinalado em quadro onde ocorrem erros;

More: caso exista quadro adicionais para serem recebidos ; Power Management (Pwr): indica se a estao que transmitiu o quadro esta em modo ativo (active modo) ou em modo de economia de energia (power save mode).

WEP (W): indica se h ou no autenticao e criptografia WEP (Wireless Equivalent Privacy) nos quadros;

Order (O): indica a ordem em que os quadros sero recebidos;

O segundo campo o duration que determinara quanto tempo ter o quadro e sua confirmao, ou seja, o tempo que o quadro ir ocupar o canal de transmisso. Seguindo temos os campos Address 1, Address 2, Address 3 e Address 4, onde o primeiro indica o

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endereo de origem da transmisso, os dois seguintes indicaram controle da BS caso tenha mudana de clulas, e o ltimo indica o endereo de destino. O campo seq. tem a funo de numerar os fragmentos dos quadros, sendo dos seus 16 bits (2 bytes), 4 bits para indicar o fragmento e 12 bits para o quadro. O campo data de tamanho varivel pode chegar at 2.312 bytes, e contem os dados a serem transmitidos. O ltimo campo que compem o quadro MAC o checksum, responsvel pela checagem do quadro. Os outros dois tipos de quadros no sero mostrado, mais os campos descritos anteriormente so bem parecidos aos do quadro de gerenciamento, com um pequeno detalhe que esses quadros so restritos apenas a sua clula e o quadro de controle so bem menores restringindo-se apenas ao campo subtype.

3.4. Comunicao Wireless 802.11xA comunicao wireless no padro 802.11x pode ser feita conectando dois dispositivos diretamente, uma outra maneira de se ligar os dispositivos um esquema onde abrange uma determinada rea ou clula, tendo um pondo central de aceso para a comunicao, assim como o sistema de telefonia celular. O primeiro modo e mais conhecido como Adhoc e o segundo como infra-estrutura [1].

Figura 3.11: Modo Ad-hoc O Ad-hoc (Figura 3.11) um modo onde no h uma topologia predeterminada, sendo assim pode ligar um computador a outro diretamente como em uma rede Ethernet sem a necessidade de um hub wireless, e no caso de redes sem fio possvel interligar mais de dois computadores sem a necessidade de um ponto central de acesso ou AP (Access

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Point) [27]. Para que essas maquinas se comuniquem, devem estar na mesma rea de alcance, de acordo com o conceito Independent Basic Service Set (IBSS) isso sem perder performance e nem velocidade mas restringindo a rea de alcance do sinal [1].

Figura 3.12: Modo Infra-Estrutura (BSS) O infra-estrutura (Figura 3.12) um modo que necessita de um ponto de aceso ou AP que vai intermediar a comunicao entre os dispositivos da rede wireless, assim a rea de abrangncia correspondente de um AP denominada Basic Service Set (BSS) [1].

Figura 3.13: Extended Service Set Existe a possibilidade de ligao de duas ou mais BSSs constituindo assim uma Extended Service Set (ESS) (Figura 3.13), sendo que em cada BSS existe um AP responsvel pela interligao dos dispositivos, aumentando a rea de cobertura wireless. Cada ESS tem um Extended Service Set Identificator (ESSID) que um identificador ESS e para que um

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dispositivo se comunique com um outro os dois tem que estar configurados com o mesmo ESSID [1]. A unio de duas ou mais BSSs pode ser feita de duas maneiras. A mais comum a utilizao de um cabo de rede via LAN Ethernet. A outra maneira a interligao dos APs conhecida como Wireless Distribution System (WDS) que permite ligar vrios APs sem a necessidade de cabeamento [1].

3.5. Famlia dos Padres 802.11O padro 802.11 homologado pelo IEEE no o nico, existem algumas derivaes e melhorias desse padro, mas sendo ainda sim da mesma famlia dos padres 802.11x que constitudo pelas extenses 802.11a/b/d/e/f/g/h/i/j/k/m/n/p/r/s/t/u/v. Atualmente os mais utilizados so os padres 802.11a/b/g, com uma grande promessa de sucesso do padro 802.11n [28].

3.5.1. Padro 802.11aTrabalha na freqncia de 5GHz conhecida como Universal Networking Information Infrastructure (UNII), usa a tcnica de modulao OFDM. Com velocidades de at 54Mbps dentro das normas do IEEE e de 72Mbps a 108Mbps com padres dos fabricantes de equipamentos wireless. A grande vantagem deste padro a pouca interferncia e a desvantagem que no apresenta compatibilidade com os outros padres mais utilizados [28].

3.5.2. Padro 802.11bO padro 802.11b opera na faixa de freqncia de 2.4GHz ou tambm chamada de ISM e que no necessita de licenciamento para sua utilizao. Utiliza o DSSS e a tcnica de modulao Complementary Code Keying (CCK), as taxas de velocidade podem atingir 11Mbps com fallback para 5.5Mbps, 2Mbps e 1Mbps. Trabalho basicamente com dois tipos de topologia de rede, infra-estrutura e Ah-hoc. Compatvel com a extenso 802.11g. A grade desvantagem a alta interferncia devido a utilizao de banda no licenciada [28].

3.5.3. Padro 802.11gAssim como o 802.11b tambm opera na faixa de freqncia no licenciada de 2,4GHz com uma diferena: possvel atingir taxas de velocidades de at 54Mbps. Utiliza

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duas tcnicas de modulao, a OFDM que atinge taxas de 54Mbps e fallback de 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6Mbps, e a CCK que atinge 11Mbps e fallback de 5.5, 2, 1Mbps. Sendo assim, mantendo compatibilidade com o 802.11b. Apresenta melhor rendimento do que os outros em vista da taxa de transmisso por distncia alcanada. A grande vantagem a velocidade mas tendo as mesmas desvantagens do anterior [28].

3.5.4. Padro 802.11nAinda em fase final de homologao esta extenso tambm conhecida como Multiple-In, Multiple-Out (MIMO) Wi-Fi, onde usar a tecnologia MIMO que permitira aos equipamentos se comunicarem com mais de uma antena ao mesmo tempo e cada uma podendo manipular mais de um sinal ao mesmo tempo. A grande vantagem que aumenta o alcance e o trfego de informaes e ser compatvel com os padres acima [28].

3.5.5. Resumo da Famlia do Padro 802.11A seguir apresentado uma tabela (Tabela 3.1) com um resumo geral do padro 802.11 e dos outros padres mais utilizados hoje em dia. Tabela 3.1: Famlia do Padres 802.11 802.11 Homologado Taxa de Transmisso Alcance Fallback freqncia Modulao Julho de 1997 2 Mbps 100 m 1 Mbps 2.4 GHz 802.11a Setembro de 1999 54 Mbps 50 m 802.11b Setembro de 1999 11 Mbps 100 m 802.11g Junho de 2003 54 Mbps 100 m 48Mbps, 36Mbps 24Mbps, 18Mbps, 12Mbps, 9Mbps e 6Mbps 2.4 GHz OFDM ou DSSS 802.11b/g

48Mbps, 36Mbps 5,5Mbps 24Mbps, 18Mbps, 2Mbps 12Mbps, 9Mbps e 1Mbps 6Mbps 5 GHz 802.11a 2.4 GHz DSSS 802.11b/g

FHSS ou DSSS OFDM

Compatibilidade 802.11

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4. COMPARANDO OS PADRES 802.11 E 802.16No Captulo 4 apresentada uma comparao entre dois padres que foram descritos nos Captulos 2 e 3. Esta comparao entre essas duas tecnologias em redes sem fio, mostrar apenas alguns aspectos que as tornam diferentes, sem um aprofundamento maior, levando em considerao os seguintes aspectos: alcance, mobilidade, qualidade de servio, segurana e largura de banda. A grande dvida que poderia surgir entre esses dois padres, se estes vieram pra competir ou se eles seriam complementares, apesar de estarem inseridos em um mesmo contexto. Mesmo que se tenha aspectos em comum, cada padro est destinado a resoluo de problemas diferentes, ambos criam uma rea ao redor de suas BS como se fossem uma clula, usam s vezes as mesma tcnicas, como o caso do OFDM, mas por outro lado em outros aspectos eles divergem bastante. A grande diferena entre esses dessas tecnologias que elas foram criadas para aplicaes completamente diferentes. Se analisar as caractersticas dos dois padres, notase que o 802.16 tem uma abrangncia bem maior, na casa dos kilmetros, sendo assim tendo como crucial algumas caractersticas como segurana e privacidade das informaes transmitidas. Este padro usa um sistema que analisa a relao sinal/rudo para adaptar-se melhor transferncia das informaes, com isso pode-se assegurar que uma tecnologia apropriada para dar acesso a banda larga sem fio em grandes reas ou reas metropolitanas (BWA), competindo com tecnologias como cable modens e xDSL. Por outro lado, o padro 802.11 o mais utilizado atualmente tem uma abrangncia bem menor do que o padro 802.16, variando na casa dos metros. Com isso as prestadoras de servios de acesso a banda larga sem fio fazem adaptaes ou utilizam-se de equipamentos mais potentes para conseguir um alcance maior, na faixa de alguns kilmetros, sendo que sua real finalidade a utilizao em mbito local ou Wireless Local Area Network (WLAN). Apesar de suportar aplicaes de alto desempenho essas redes foram criadas para dar maior mobilidade as redes locais cabeadas. Sendo assim o padro 802.16 foi criado para suprir as necessidades no atendidas pelo sistema Wi-Fi, como um complemento para essa outra tecnologia de redes sem fio, tanto no uso comercial como no uso residencial e nos mais diversos setores, podem at

mesmo trabalhar em conjunto com tecnologias cabeadas para prover a extenso ao acesso de banda larga em locais onde uma infra-estrutura de cabeamento no fosse possvel.

4.1. Alcance

Figura 4.1: Abrangncia dos Padres 802.x O alcance dos padres definidos pelo IEEE, visto na Figura 4.1, mostra bem a hierarquia da rea de abrangncia de cada padro e assim pode-se observar que os dois padres que foram vistos anteriormente tem alcances diferentes sendo que o 802.16 atende as reas metropolitanas Metropolitan Area Network (MANs) e o 802.11 atende as reas locais Local Area Network (LANs) [29]. Com isso a combinao dessas duas especificaes, padro mais rea de cobertura, resulta em uma nomenclatura conhecida como Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) para o padro 802.16 e Wireless Local Area Network (WLAN) para o padro 802.11.

4.2. MobilidadeA mobilidade dos padres de rede sem fio pode ser vista na Figura 4.2. Esta mobilidade vista para aplicaes indoor e outdoor [1]. As aplicaes indoor, so aplicaes que no necessitam grande potncia dos aparelhos por estarem geralmente em ambiente fecha-

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do ou em pequenos ambientes, j as aplicaes outdoor necessitam que est potncia seja maior, pois geralmente so ambientes grandes ou ambientes abertos.

Figura 4.2: Mobilidade dos Padres Pode-se ver que o padro 802.11 em ambientes fechados tem mobilidade total tanto para dispositivos (aplicaes) fixos como para dispositivos que se pode transportar, j em ambientes abertos a mobilidade deste padro pequena ficando restrito apenas dispositivos fixos. No padro 802.16 podemos ver que se tem uma maior mobilidade, mas com uma ligeira diminuio nas taxas de transmisso de dados [30].

4.3. Qualidade de ServioNo WiMAX, como trata-se de um padro para redes metropolitanas, foi projetado tendo em vista a qualidade de servios, isto , a qualidade de servio j nativo do padro. Com isso, trabalha com algumas classes de servios j implementadas para garantir esta qualidade de servio e que foi abordada na subseo 2.3.1. Agora para o 802.11 a qualidade de servio foi incorporado a partir da derivao do padro 802.11e que passou a suportar aplicaes mais robustas e que necessitavam de uma menor latncia e um menor atraso [30]. Na Tabela 4.1 mostra um resumo dos QoS.

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Tabela 4.1: Qualidade de Servio 802.11 Acesso ao meio sem garantia de QoS; 802.16 Pedido de concesso MAC;

O padro no garante latncia para voz e vProjetada para suporte udio e vdeo; deo; No permite nveis de servio; TDD assimtrico; 802.11e onde QoS priorizado. Nveis de servio: T1 para empresa e melhor esforo para residncia; TDD/FDD/HFDD assimtrico e simtrico; QoS reforado.

4.4. SeguranaNa questo de segurana e privacidade Wi-Fi e WiMAX se diferenciam bastante. O Wi-Fi utiliza-se de trs tcnicas para a encriptao, WEP, Wireless Aplication Protocol (WAP) e a WEP2, sendo que esta ltima implementada na extenso do protocolo 802.11 o 802.11i, mas mesmo assim ainda existem deficincias na parte de segurana deste padro [25]. No WiMAX como foi projetado para redes metropolitanas segurana tinha um foco maior, sendo assim todas as transmisses do WiMAX so encriptadas. Utiliza-se do mecanismo do Triplo DES (Data Encryptation Standart) o mesmo utilizado para as Virtual Private Network (VPNs) e usa-se algoritmo de RSA para encriptao [6].

4.5. Largura de BandaNesta aspecto de largura de banda, algumas das extenses dos dois padres utilizam a mesma freqncia, mas devido ao tipo de aplicao para o qual o WiMAX foi criado, algumas dessas extenses utilizam freqncias diferentes daquelas utilizadas pelo outro padro o 802.11. A seguir ser mostrado na Tabela 4.2 um confronto das freqncias dos dois padres [29]. Tabela 4.2: Confronto das Larguras de Banda dos Padres 802.11 e 802.16 802.11 Extenso 802.11a 802.11b 802.11g freqncia 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz Extenso 802.16 802.16a/d 802.16e 802.16 freqncia 10-66 GHz 2-11 GHz 2-6 GHz

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5. ANLISE DE UMA REDE WIRELESSNeste Captulo ser realizada uma anlise de uma rede wireless existente, uma rede sem fio real e em pleno funcionamento, localizada no municpio de Lavras em Minas Gerais. Em primeiro lugar ser feita uma descrio desta rede, mostrando como ela est interligada. Logo em seguida sero descritas as caractersticas dos equipamentos utilizados nesta rede. A prxima etapa a classificao desta rede wireless segundo a sua topologia. Finalmente ser fechado o Captulo com uma concluso contendo alguns comentrios sobre a rede wireless analisada.

5.1. Descrio da Rede WirelessA rede wireless a ser descrita pode ser vista na Figura 5.1 e ser mais bem detalhada com a descrio que se segue.

Figura 5.1: Esboo da Rede Wireless a ser descrita

A rede wireless a ser estudada, est estruturada da seguinte forma, nesta rede existem seis redes interligadas sendo que uma delas a concentradora de todas as demais, a rede denominada Rede UFLA. As outras redes que compem esta rede wireless maior so: Rede Vale do Sol, Rede Centro, Rede UNIMED, Rede Praa e Rede Norte. Comeando pela Rede Norte, est ligada diretamente com a Rede UFLA, mas no est ligada com mais nenhuma das demais. A ligao entre as duas feita atravs de aparelhos baseados no padro 802.11b, sendo portando utilizada a tecnologia Wi-Fi para a ligao. A distribuio feita para os demais usurios desta rede se d atravs da mesma tecnologia Wi-Fi, sobre o padro 802.11b. A Rede Vale do Sol est ligada tambm Rede UFLANET, mas o que difere da outra rede que a tecnologia empregada na interligao destas duas redes a WiMAX. Tambm no h ligao com as outras redes. Esta rede a partir da distribuda utilizando a tecnologia 802.11b. A Rede UNIMED uma rede isolada, recebendo o sinal da Rede UFLANET a qual est ligada atravs de enlaces sem fio baseados no padro 802.16 ou WiMAX. uma rede apenas para utilizao da UNIMED, que conta tambm com utilizao de outras tecnologias de redes para que no se perca a conectividade de forma alguma, sendo assim, uma tecnologia dando suporte outra para manter-se sempre conectado. A Rede Centro est ligada com a Rede UFLANET, no tendo tambm ligao com as demais redes, utilizando a tecnologia WiMAX para a ligao entre essas duas redes. Faz a distribuio deste sinal que chega at ela, atravs da outra tecnologia, a Wi-Fi, tambm sobre o padro 802.11b. Finalizando a descrio desta rede wireless, tem-se a Rede Praa, conectada tambm rede mais central, Rede UFLANET, e sem conectividade direta e nem indireta com as outras redes. A ligao feita atravs da tecnologia WiMAX e a distribuio desta rede como a das outras redes, feito utilizando a tecnologia Wi-Fi sobre o padro 802.11b.

5.2. Caractersticas dos EquipamentosSero descritos alguns dos equipamentos que so utilizados na rede wireless estudada. Existem diversos tipos de equipamentos utilizados em cada uma destas redes. Esses equipamentos so: antenas direcionais, antenas setoriais, antenas omnidirecionais, Access

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Point AP2000 Orinoco, CPE Proxim TeraMax P2P Bridge. Em algumas redes, diferentes tipos de antenas so utilizadas, uma dessas antenas a antena omnidirecional (Figura 5.2), que tem como caractersticas principal a distribuio de sinal em 360, ou seja, o sinal propagado por ela distribudo em todas as direes. Essas antenas so compatveis com padres 802.11b/g, Bluetooth e utilizada para aplicaes multiponto [31].

Figura 5.2: Antena Omnidirecional Outra antena, utilizada em parte desta rede, a antena direcional (Figura 5.3), podem ser utilizadas para ligaes do tipo ponto a ponto e ponto-multiponto. A grande vantagem desta antena que, por ela ser direcional, pode-se ter um maior alcance ao conectar dois pontos diretamente [31].

Figura 5.3: Antena Direcional Alm dessas duas antenas utilizadas nesta rede, existe uma outra antena que a antena setorial (Figura 5.4). Esta antena faz a propagao de sinal em uma determinada regio, a depender da angulao com que ela trabalha [31], pode ser com ngulo de espalhamento de 30, 45, 90, 120 e 180.

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Figura 5.4: Antena Setorial O Access Point utilizado nas redes locais 802.11b o Orinoco AP2000 (Figura 5.5). Ele oferece alto nvel de segurana, tem suporte a WDS que permite conexo entre vrios PCs sem utilizao de cabos, permite configur-lo remotamente, garantindo alto desempenho na transmisso de dados a 11 Mbit/s, uma rea de cobertura de 1,750 ft / 550 m e compatvel com o Wi-Fi [32].

Figura 5.5: Orinoco AP2000 Finalizando as caractersticas dos equipamentos, temos um CPE que utilizado para a distribuio de sinal WiMAX. A CPE utilizada o Proxim TeraMax P2P Bridge (Figura 5.6), uma soluo ponto-multiponto de alto desempenho, operando na faixa de freqncia de 5,8 GHz e modulaoOFDM, ideal para reas metropolitanas ou longas distncias. Permite controle simtrico e assimtrico da largura de banda e pode ser utilizado para os mais diversos servios, tais como: segurana, utilizando o protocolo TurboCell da Karlnet um dos mais confiveis protocolos de comunicao outdoor, transmisso de dados e backbones [33]. Este equipamento trabalha somente com o padro 802.16, sendo assim, no da suporte ao padro 802.16e, ou WiMAX mvel.

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Figura 5.6: CPE TeraMax

5.3. Classificao da RedeA classificao desta rede wireless, descrita na seo 5.1, ser feita levando-se em conta a sua topologia. Assim, podemos classificar estas redes wireless, comeando com a mais central delas, a Rede UFLANET, que uma rede onde existe uma antena multiponto. Analisando-se separadamente as redes, tem-se que, a topologia da Rede Norte Rede UFLANET (Figura 5.7), uma topologia ponto a ponto, pois na ligao destas duas redes e feita atravs de antenas direcionais, de um nico ponto de origem para um nico ponto de destino.

Figura 5.7: Rede Norte - Rede UFLANET Classificando outra parte da rede, a Rede Praa Rede UFLANET, tem-se ento uma topologia ponto-multiponto (Figura 5.8), pois os pontos que interligam essas duas redes, um nico, no caso da Rede Praa e o outro um multiponto, no caso da Rede UFLANET, que interliga mais outros pontos.

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Figura 5.8: Rede Praa - Rede UFLANET Na classificao da Rede UNIMED Rede UFLANET recai no mesmo caso da outra classificaes feita, sendo assim tambm considerada uma topologia ponto-multiponto (Figura 5.9).

Figura 5.9: Rede UNIMED - Rede UFLANET Por fim, nas outras duas classificaes das redes, Rede Centro Rede UFLANET e na Rede Vale do Sol Rede UFLANET, essas no diferem das demais classificaes pois nota-se tambm a existncia de um mul

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