O desenvolvimento da comunicação sem fio teve inicio no século 20. A comunicação de dados sem fio tem uma história mais recente.
Em 1989, o FCC – Federal Communications Commision, órgão americano regulamentador do uso da radiofreqüência, tornou possível o desenvolvimento de componentes baseados em rádios LAN.
WLAN
É uma tecnologia de interconexão entre dispositivos sem fio, usando o protocolo IEEE 802.11x. O padrão WLAN opera em faixas de frequências que não necessitam de licença para instalação e/ou operação. Este fato as torna atrativas. No entanto, para os produtos WLAN é necessária uma homologação da Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel).
O termo Wi-Fi, popularmente utilizado é uma marca licenciada originalmente pela Wi-Fi Alliance para descrever a tecnologia de redes sem fio embarcadas (WLAN) baseadas no padrão IEEE 802.11. O termo Wi-Fi foi escolhido como uma brincadeira com o termo “Hi-Fi” e pensa-se geralmente que é uma abreviatura para wireless fidelity, no entanto a Wi-Fi Alliance não reconhece isso. Comumente o termo Wi-Fi é entendido como uma tecnologia de interconexão entre dispositivos sem fio, usando o protocolo IEEE 802.11.
O padrão WLAN mais popular é o que opera na faixa de 2,4GHz, sendo assim uma frequencia muito poluida, pois há muitos dispositivos. O recomendado sempre é utilizar a frequência de 5 GHz que não há tantos usuários pois foi desenvolvida depois
Para se ter acesso à internet através de rede WLAN deve-se estar no raio de ação de um ponto de acesso (normalmente conhecido por hotspot) ou local público onde opere rede sem fios e usar dispositivo móvel, como computador portátil, Tablet, Telefone, Notebook ou PC com capacidade de comunicação sem fio, deixando o usuário do WLAN bem à vontade em usá-lo em lugares de “não acesso” a internet.
Hotspot WLAN existe para estabelecer ponto de acesso para conexão a internet. O ponto de acesso transmite o sinal sem fio numa pequena distância – cerca de 100 metros. Muitos hotspots estão localizados em lugares que são acessíveis ao público, como aeroportos, cafés, hotéis e livrarias. Muitas casas e escritórios também têm redes “Wi-Fi”. Enquanto alguns hotspots são gratuitos, a maioria das redes públicas é suportada por Provedores de Serviços de Internet (Internet Service Provider – ISPs) que cobram uma taxa dos usuários para conectar.
Atualmente praticamente todos os computadores portáteis vêm de fábrica com dispositivos para rede sem fio no padrão Wi-Fi (802.11b, a ou g). O que antes era acessório está se tornando item obrigatório, principalmente devido ao fato da redução do custo de fabricação.
ROADMAP DAS FREQUENCIAS
ESPECTROS DE FREQUENCIA
A Lei Geral da Telecomunicações (LGT) define em seu Art. 157 que:
–”Espectro de radiofreqüências é um recurso limitado, constituindo-se bem público, administrado pela ANATEL.”
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O Regulamento de cobrança de preço público pelo direito de uso de radiofreqüência, anexo à resolução nº 68 de 20 de novembro de 1998, detalha os critério de pagamento pelo direito de uso. No caso de existirem mais interessado que espectro disponível para um determinado serviço, é necessário realizar uma licitação para outorga das freqüências.
- Com exceção das faixas destinadas a equipamentos de radiação restrita, o uso de radiofreqüência no Brasil depende de autorização da Anatel e tem caráter oneroso, ou seja é necessário se pagar pela autorização.
Equipamentos de radiação restrita
Equipamentos de radiação restrita são aqueles cuja emissão de radiação na freqüência utilizada produz um campo eletromagnético com intensidade dentro de limites estabelecidos no regulamento sobre equipamentos de radiocomunicação de radiação restrita. A conformidade com estes limites é atestada por um processo de certificação que deve ser homologado pela Anatel.
Desde que tenham a sua certificação homologada pela Anatel estes equipamentos podem ser utilizados sem necessidade de autorização de uso ou licença de funcionamento da estação. Caso se trate de prestação de serviço de telecomunicações, permanece válida ainda a exigência de autorização para prestação do serviço por parte da Anatel.
Os equipamentos de radiação restrita operam em caráter secundário, isto é, não têm direito a proteção contra interferências prejudiciais provenientes de qualquer outra estação de radiocomunicação nem podem causar interferência em qualquer sistema operando em caráter primário. Esta informação deve ser colocada de forma visível no aparelho ou no manual de instruções.
Exceto quando explicitamente estabelecido o contrário na Regulamentação, todo equipamento de radiação restrita deve ser projetado para assegurar que nenhuma outra antena além daquela com ele fornecida possa ser usada.
Os limites de emissão que caracterizam um equipamento de radiação restrita estão classificados de acordo com as seguintes condições de uso:
- Condições Gerais de uso: que estabelece freqüências e seus respectivos limites a serem atendidos por todos os equipamentos que pretendam ser caracterizados como de radiação restrita.
- Condições específicas de uso: que estabelece limites de emissão alternativos aos das condições gerais (menos restritivos) para equipamentos de radiação restrita destinados a aplicações específicas e operando em determinadas faixas de freqüências.
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Frequências Utilizadas no Brasil |
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Frequência (MHZ) |
Condições de uso no Brasil |
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2400-2483
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Destinadas no Brasil, em caráter secundário, a Equipamentos de Radiocomunicação Restrita como redes Wi-Fi e Rádio Spread Spectrum. |
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5150-5350 5470-5725 |
Sistemas de Acesso sem Fio em Banda Larga para Redes Locais. A faixa de 5150-5350 MHz pode ser utilizada em ambientes internos (indoor) e a de 5470-5725 MHz em ambientes externos e internos. |
REUTILIZAÇÃO DE FREQUENCIAS
É o número de frequências em uma célula que determina a capacidade da célula.
Essas frequências são distribuídas através de células em projeto de rede.
Dependendo da carga de tráfego e da disponibilidade de frequências, uma célula pode ter uma ou mais frequências alocadas para ela.
É importante para a alocação de freqüências que a interferência seja evitada. A interferência pode ser causada por uma variedade de fatores. Um fator comum é o uso de freqüências similares próximas umas das outras.
Quanto maior a interferência, menor a qualidade de conectividade.
Para cobri uma casa, por exemplo, freqüências devem ser reutilizadas muitas vezes em diferentes localizações geográficas de modo a prover a capacidade total da rede.
A questão de qual deve ser a dimensão de uma célula é bastante importante. A relação custo / eficiência é um dos fatores determinantes no modo como é construída a rede e qual será a sua capacidade.
Por outro lado, tem de se ter em atenção futuras necessidades de alargamento da rede, sem que sejam necessárias grandes reestruturações.
Quando a rede começa a operar, tem de suportar apenas um número pequeno de assinantes, então a instalação de poucos APs de longo alcance é suficiente. À medida que novos assinantes vão entrando na rede, os requisitos de capacidade aumentam. A solução é aumentar o número de APs, mas temos que diminuir o seu alcance para evitar interferências com as já instaladas, através da técnica Cell Splitting.
Quanto maior o número de assinantes numa dada área, mais células a operar com BTSs têm de ser criadas. As novas células são criadas em áreas que precisam de mais canais de rádio, permitindo a reutilização de freqüências idênticas ás utilizadas em células que estão a alguma distância.
* AP = Access Point
CELL SPLITTING
Cell Splitting é a forma de aumentar a capacidade da rede wireless, através da subdivisão ou separação de uma célula, em duas ou mais células de menor dimensão. A capacidade da rede celular de reutilizar frequências permite acomodar o aumento de tráfego em zonas de alta densidade. É muito utilizado em sistemas celulares
PADRÕES WLAN
O padrão WLAN define a frequência de trabalho, velocidade, alcance entre outras características, destacamos três sub-padrões que são popularmente usados:
– 802.11b: Padrão com velocidade de 11Mbps e frequência de 2,4 GHz;
– 802.11g: Velocidade de 54Mbps e frequência de 2,4 GHz;
– 802.11a: Velocidade de 54Mbps e frequência de 5 GHz;
As Estações podem ser ligadas entre si de duas formas:
– Modo Ad-Hoc: Os micros se comunicam diretamente, sem a presença de um equipamento central repetidor (Comumente chamado de Hub sem fio, mas oficialmente conhecido como Ponto de Acesso);
– Modo Infrastructure: Os micros são ligados a um equipamento central (Ponto de Acesso). Os micros não se comunicam diretamente.
O alcance e velocidade sempre serão influenciados pelo ambiente, visto que utilizam o ar como meio de transporte do sinal. Vidros blindados e metais, por exemplo, prejudicam bastante o transporte do sinal.
TOPOLOGIAS
Modo Ad-Hoc
Também conhecida como peer-to-peer (P2P), os computadores se comunicam diretamente, sem a presença de um equipamento central repetidor (Comumente chamado de Hub sem fio, mas oficialmente conhecido como Ponto de Acesso). Uma rede sem fio ad hoc fornece um método para compartilhar uma conexão de Internet mais barato que uma solução de roteador sem fio/roteador mais ponto de acesso (AP) separado. Além disso, permite uma forma rápida e simples de estabelecer meios de compartilhar dados e documentos para grupos sem LAN ou conexão à Internet externas.
Sem haver um servidor DHCP disponível, o Windows oferece um endereço de IP privado automático entre 169.254.0.0 e 169.254.255.255 para adaptadores de rede. Se você está sentado em uma mesa de conferência com um grupo de colegas e acha que todos precisam desesperadamente de uma apresentação em Power Point no computador de um associado que está do outro lado da sala, configurar uma rede sem fio ad hoc instantânea pode ser a solução, permitindo que todos copiem o arquivo para seus computadores pela rede sem fio. Você precisará ter o mesmo grupo de trabalho configurado com permissões apropriadas para compartilhamento de arquivos e impressão, e você nunca terá que esperar novamente para se conectar à Internet ou a uma LAN corporativa para receber cópias de documentos de necessidade urgente. Lembrando que para isso é importante que os computadores tenham adaptadores Bluetooth ou Wi-FI.
TOPOLOGIA AD-HOC
ESTRELA (MODO INFRAESTRUTURA)
A chamada modalidade infrastructure é um método em que os dispositivos-clientes (usuários) wireless comunicam-se diretamente com a Base Hotspot (pontos de acesso central). A Modalidade do infrastrutura pode construi uma ponte entre a rede wireless a a rede Ethernet com cabos.
Requisitos de rede do modo de infraestrutura
Como a configuração de uma rede de modo de infraestrutura requer pelo menos um ponto de acesso sem fio (AP) ela se torna mais cara. O AP e os clientes devem ser configurados para usar o mesmo nome de rede e senha.
TOPOLOGIA ESTRELA
REDES MESH
A tecnologia sem fio mesh (sem um ponto central na rede), começou a ser estudada em meados da década 90 pelo Darpa, agência de pesquisa para defesa, braço das forças armadas norte-americanas, para comunicação no campo de batalha. Logo depois, empresas de pesquisa e desenvolvimento como a SRI International começaram a se voltar para redes wireless mesh.
A tecnologia mesh não é um conceito novo, pois trabalha com a arquitetura Ad-hoc (permitem que equipamentos sem fio se comuniquem sem nenhum ponto de acesso). O objetivo é criar redes descentralizadas que não dependem de um ponto central e que são capazes de se autoconfigurar de acordo com a demanda.
Em outras palavras, as redes mesh usam uma topologia de conexões redundantes entre os nós para criar uma rede capaz de se autoconfigurar e auto-reinstalar.Tendo em vista que poucos nós precisam ser cabeados, as redes mesh limitam a necessidade de backhaul (concentração de tráfego em pontos de redes sem fio) proporcionando ao mesmo tempo benefícios adicionais como roteamento dinâmico otimizado e balanço de carga automático.
As topologias mesh se diferem entre si – algumas incluem dispositivos clientes no mesh; a maioria, não. Em uma mesh pura, cada dispositivo na rede, incluindo laptops, PDAs e smartphones, podem encaminhar tráfego para outros dispositivos, o que permite aos usuários de uma rede se comunicar entre si e alcançar a rede cabeada por meio de dispositivos vizinhos ou roteadores sem fio. Essa capacidade de comunicação por múltiplos nós cria uma rede mesh com rotas alternativas para evitar os pontos de congestionamento e os obstáculos de linha de visada, aprimorando ao mesmo tempo o desempenho à medida que mais clientes entram na rede.
Em uma infraestrutura mesh, pontos de acesso e roteadores wireless transportam o tráfego de volta para a rede cabeada. Algumas empresas como a Tropos, Firetide, BelAir e Strix fornecem equipamentos de infraestrutura para redes sem fio mesh.
Diversas tecnologias que permitem o estabelecimento de uma rede utilizando-se de uma série de tipos de equipamento com a função de roteador/ repetidor, são cobertas pela denominação Wireless Mesh .
Dentre os equipamentos que podem ter a função de roteador ou repetidor, podemos citar os microcomputadores, desktops ou notebooks, aparelhos celulares e PDA’s. A tecnologia Mesh é também chamada de “multi-hop”, isto é, a tecnologia dos múltiplos saltos.
As redes Mesh Wireless buscam transportar para o mundo sem fios, o que fez a rede Internet se tornar um dos mais importantes e impressionantes fatos que mudaram o curso da humanidade no final do século passado.
A figura acima apresenta a comparação entre duas redes. A figura do lado esquerdo representa a Internet, que é tipicamente uma rede mesh. Uma comunicação entre dois computadores na rede Internet poderá ocorrer, pacote a pacote, passando por diversos caminhos diferentes, absolutamente sem nenhuma hierarquia. Quando uma mensagem é enviada, ela não vai diretamente do emissor ao receptor. Ela é roteada de servidor a servidor, buscando o caminho mais eficiente, que é função, dentre outros, do tráfego da rede. Uma mensagem para ir por exemplo de São Paulo ao Rio, poderá efetuar diversos saltos (multi-hops) passando por caminhos não imagináveis, como por exemplo, ir de São Paulo a Brasília, para melhor chegar ao destino final, Rio. O percurso fica longo, mas certamente naquele momento é o mais eficiente. A figura do lado direito apresenta uma rede Wi-Fi, aonde qualquer comunicação entre dois equipamentos necessariamente tem que passar através do Access Point, isto é, apenas um salto.
Apesar de ainda pouco difundida, a tecnologia Mesh wireless tem um grande potencial de se tornar uma das mais disruptivas nas telecomunicações deste início de século XXI.
Uma rede wireless Mesh apresenta diversos benefícios se comparada com uma rede wireless broadband tradicional. Dentre estes benefícios podemos citar:
- Aumento da distância entre a origem e o destino, sem prejudicar a taxa de transmissão: É bastante conhecido o compromisso, em uma rede wireless, entre o alcance do sinal e a velocidade de transmissão. À medida que aumenta a distância entre dois pontos, a velocidade de transmissão diminui, de forma a garantir uma qualidade adequada aos dados transmitidos (mantendo-se as mesmas características de potência na saída das antenas). Com a rede wireless Mesh esta limitação deixa de existir, pois sempre se pode utilizar de saltos através de nós intermediários (que podem ser equipamentos móveis, inclusive de usuários), tornando assim a distância de cada salto compatível com a velocidade que se deseja transmitir.
- Otimização do espectro de freqüências: Considerando que a distância entre os nós diminui sensivelmente, conforme descrito anteriormente, a potência transmitida pode também ser reduzida, permitindo uma maior e mais eficiente reutilização das freqüências disponíveis.
- Não há necessidade de linha de visada direta: Com a utilização dos múltiplos saltos entre dois pontos, qualquer exigência de linha de visada entre dois pontos, para uma transmissão de sinais, deixa de existir, pois sempre haverá um caminho que permitirá contornar os obstáculos existentes.
- Redução do custo da rede: Como uma rede wireless Mesh utiliza também dos equipamentos dos próprios usuários como roteadores/ repetidores, a necessidade de equipamentos da própria rede diminui sensivelmente.
- Redução da necessidade de conexões entre os Access Points e a Internet: Em uma rede Wi-Fi, um Access Point colocado em um Hot-Spot apenas para aumentar a capilaridade da rede não necessariamente terá que ter um link para a Internet, pois a sua conexão com a rede mundial poderá ser feita através qualquer nó adjacente.
São inúmeras as aplicações atualmente identificadas para uma rede wireless Mesh, dentre as quais citamos:
Criação de Hot-Zones de Wi-Fi
- Atualmente a utilização da tecnologia Wi-Fi para em redes públicas está restrita a Hot-Spots em pontos isolados. Cada Hot-Spot necessita de um link para a Internet, o que dificulta a implementação econômica em pontos de baixa utilização. Também a área de cobertura de um Hot Spot é limitada pela baixa potência dos Access Points. Utilizando-se da tecnologia Mesh, podem ser constituídas Hot-Zones (não simplesmente Hot-Spots), com a colocação de diversos Access points em áreas adjacentes. A conexão com a Internet pode ser limitada, em função do tráfego, a um ou apenas a alguns dos Access Points. Este conceito se expandido, permitirá se ter uma cobertura Broadband de áreas grandes, como o campus de uma universidade, ou mesmo pequenas e médias áreas urbanas
Sistemas Inteligentes de Transporte
Com uma rede wireless Mesh instalada no curso das principais rotas de tráfego, diversas aplicações podem se tornar disponíveis, tais como:
- Controle da sinalização semafórica;
- Controle de painéis luminosos de orientação de tráfego;
- Informações aos usuários do transporte público sobre os situação dos coletivos de cada rota;
- Gerência da frota de ônibus pelos concessionários;
- Transmissão on line das multas aplicadas pelos dispositivos automáticos de registro de infração.
Segurança Pública
- Com uma rede wireless Mesh com cobertura em uma área metropolitana, além de um sistema de câmeras de vídeo, distribuído em pontos relevantes, todas as viaturas podem ser equipadas com dispositivos de acesso à base de dados do órgão de segurança pública permitindo uma atuação on line, na identificação de criminosos, de prontuário de motoristas e as diversas outras aplicações.
Segurança Privada
- Transmissão de sinais de vídeo (câmeras) e alarmes.
- Aplicações de Telemetria e Telecomandos
- Internamente em uma instalação industrial de grande porte, a rede wireless Mesh pode ser utilizada para as aplicações de Telemetria, Telecomandos, Telecontrole, que exijam a transmissão de grande volume de dados.
- Edifícios e Residências inteligentes
Cada uma rede wireless Mesh instalada mais rapidamente poderá se tornar uma realidade os Edifícios e Residências inteligentes.Além de conectar todos os computadores existentes, também todos os outros equipamentos elétricos preparados para este fim, tais como iluminação, aquecimento, cozinha, dispositivos de segurança, etc. também poderão fazer parte de rede.
Fonte: Teleco
MIMO
MIMO é a sigla em inglês para Multiple Input Multiple Output que, em uma tradução literal, significa “Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas”. Trata-se de um sistema que visa alcançar maiores taxas de transmissão em redes sem fios.
A tecnologia usa várias antenas para transmitir o sinal e os dados em uma rede. Assim, quanto mais antenas, mais rápida e eficiente será a transmissão e recepção dos dados aos diversos aparelhos conectados. Daí o nome “múltiplas entradas e saídas”.
Este sistema é o sucessor do IEEE 802.11n e foi renomeado como 802.11ac em julho de 2016. Além de suas melhorias na velocidade de transmissão e recepção, o padrão gasta menos energia e tem uma segurança mais aprimorada.
O Ponto de acesso incorporado no Router utiliza a mais recente tecnologia de redes sem fios, a Sem fios N (norma 802.11ac). Através da sobreposição dos sinais de vários aparelhos de rádio, a tecnologia MIMO multiplica a velocidade de dados efetiva. Ao contrário das tecnologias comuns de rede sem fios que são confundidas pelos reflexos de sinais, a tecnologia MIMO utiliza realmente estes reflexos para aumentar o alcance e reduzir os “pontos mortos” na área de cobertura da rede sem fios. O sinal robusto alcança uma maior distância, mantendo as ligações sem fios até 4 vezes mais longe do que a rede Sem fios G padrão.
Com a tecnologia MIMO, quanto mais longe estiver mais vantagens terá em termos de velocidade. Funciona perfeitamente com equipamento Sem fios G e B padrão, mas quando ambas as extremidades da ligação sem fios são MIMO, o router pode aumentar ainda mais o débito utilizando o dobro da banda de rádio, o que proporciona velocidades até 12 vezes superiores às das redes Sem fios G padrão. Mas, ao contrário de outras tecnologias de melhoramento da velocidade, a MIMO pode ativar dinamicamente este modo de velocidade dupla para os dispositivos MIMO, ao mesmo tempo, estabelecem uma ligação a outros dispositivos sem fios utilizando as velocidades máximas desses dispositivos.
Em áreas congestionadas, o modo de “bom vizinho” assegura que o Router verifica se existem outros dispositivos sem fios na área antes de ocupar a banda de rádio.
Para ajudar a proteger os dados e a privacidade, o Router pode codificar todas as transmissões sem fios com encriptação de 256 bits de nível superior. Pode agir como Servidor DHCP da rede, possui uma firewall SPI poderosa para proteger os computadores contra intrusos e contra a maioria dos ataques pela Internet conhecidos e suporta a passagem VPN.
A sua configuração é fácil através do utilitário de configuração baseado no browser.
A incrível velocidade MIMO torna-a ideal para aplicações exigentes como, por exemplo, sequências de vídeo, jogos e telefone de Voz sobre IP, e ainda permite executar em simultâneo vários fluxos de dados intensivos através da rede, sem afetar o desempenho.
Observe que o MIMO acrescenta uma terceira dimensão “espacial” e, na verdade, depende de multipath, antes um impedimento, para funcionar adequadamente. Se isso soa paradoxal, basta olhar a tecnologia como análoga a computação gráfica 3D – uma forma de comunicação muito mais rica do que 2D, com muito mais conteúdo informativo. Essa é a idéia central.Observe que as abordagens de input único,múltiplo output e múltiplo input, e output único também são possíveis – mas os resultados melhores são obtidos com uma implementação MIMO genuína em ambas as extremidades de uma conexão.
Além da união.
O MIMO é importante para o futuro das WLANs porque é a abordagem mais eficaz para aprimorar o desempenho, mais do que simplesmente usar mais largura de banda ou tentar encaixar mais bits na freqüência e no tempo já disponíveis. A implementação do MIMO é muito complexa e a maioria dos fabricantes de chips de WLAN está apenas no meio da curva de aprendizado.
Estamos vendo um aumento de interesse em muitas aplicações possíveis, principalmente as relacionados a multimídia, em especial nas residências.WLANs residenciais lideraram a revolução da WLAN, porque o crescimento do número de computadores no âmbito doméstico mostrou o quanto é difícil cabear a maioria das casas. As WLANs residenciais não têm os requisitos de roaming, gerenciamento, balanço de carga, taxa de transferência ou segurança elaborada das empresas. No que diz respeito ao desempenho, porém, isso está mudando rapidamente.Home theaters e salas de mídia estão se tornando comuns e as conexões a cabo, banda larga ou satélite não se encontram realmente onde precisam estar. Além do mais, o desejo de mover a mídia para um lugar específico está se tornando um requisito e fazendo da tecnologia sem fio a escolha óbvia. Imagine poder direcionar entretenimento doméstico ou outra programação para qualquer lugar que desejar, até para unidades móveis. E isso, justamente, é o que proporcionam as WLANs baseadas em MIMO.