ieee 802.11 - wi-fi
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IEEE 802.11 - Wi-Fi
Carlos A. Froldi
Tpicos em Redes de Comp. I
Prof. Edmundo Madeira
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IEEE 802.11 - Wi-FiConsideraes iniciais e princpios de funcionamento
Proviso de qualidade de servio
Aspectos prticos e implementao
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoresoluo 802.11 do IEEE trata da padronizao de redes locais sem fio (WLANs), primeiro padro foi desenvolvido em 1997
meta fundamental era fornecer servios compatveis com as redes 802.3 (Ethernet)
Uma rede WLAN pode substituir ou estender uma rede local cabeada (LAN) provendo funcionalidades adicionais
O padro 802.11 especifica as camadas fsica e de controle de acesso ao meio (MAC)
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFacilidades providas por uma rede WLAN:
Re-alocao de dispositivos sem a necessidade de alterao no cabeamento
Cobertura de locais com dificuldade de suportar uma rede cabeada
Prover mecanismos que permitam aos dispositivos pertencentes a mesma utilizar-se das facilidades providas pela computao mvel
Quando utilizadas em conjunto com as LANs podem prover aos dispositivos sem fio toda a infra-estrutura de acesso a Internet
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoAspectos a serem considerados na utilizao de Wlans:
Transmisso do sinal
Taxa de transmisso
Taxa de erros
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoA camada fsica do padro 802.11 ilustrada a seguir:
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoPLCP (Physical Layer Convergence Procedure)
Na transmisso fica esperando o recebimento de frames da camada MAC, converte os mesmos para que possam ser transmitidos e os envia a PMD
Na recepo efetua a operao inversa, ou seja, fica escutando o meio
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoPLCP (Physical Layer Convergence Procedure)
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoPMD (Physical Medium Dependent): Espalhamento de espectro por salto de freqncia (FHSS)
Espalhamento de espectro por seqncia direta (DSSS)
Infravermelho
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFHSS
Utiliza faixas de freqncia no licenciadas, ou seja banda ISM (Industrial Scientifc Medical)
Largura de banda disponvel dividida em vrios canais de freqncia
A estao, em curtos instantes de tempo durante a recepo e envio de dados, salta para outro canal seguindo um padro aleatrio
79 canais diferentes podem ser utilizados, iniciando em 2,402Ghz e variando em 1Mhz a cada canal
A taxa bsica de 1 a 2 Mbps utilizando a modulao gaussiana por chaveamento de freqncia (GSFK) de 2 ou 4 nveis respectivamente
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoDSSS
Transmisses simultneas so separadas por cdigos
Uma operao XOR realizada entre os dados originais e um fator de espalhamento e, como resultante tem-se a sub-diviso dos smbolos que constituem os dados em intervalos chamados chips
O espalhamento dividido em 11 subcanais, cada um com 11 Mhz
Cada smbolo espalhado utiliza uma seqncia de Barker de 11 chips (+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1)
Redes locais devem utilizar canais cujas freqncias sejam separadas por no mnimo 25 Mhz
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoDistribuio de canais no DSS:
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoOcupao dos canais no banda de transmisso:
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoUtilizao de mltiplos canais no DSS:
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoInfravermelho
Projetado para ambientes fechados
Ondas com comprimentos entre 850 950 nm
Transmisses com alcance de 10 metros
Taxas entre 1 a 2 Mbps utilizando modulao por posio de pulso (PPM)
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoExtenses ao padro original 802.11:
802.11b
802.11a
802.11g
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento802.11b
Tido como a primeira padronizao que possibilitou a redes sem fio funcionalidade comparvel a redes Ethernet
Recebeu o selo Wi-Fi, abreviao em ingls de Wireless Fidelity (Fidelidade Sem Fio) por um grupo denominado WECA
Utiliza na camada fsica uma extenso do DSSS, emprega um chaveamento de cdigo complementar (8-chip Complementary Code Keyng CCK) pode fornecer taxas de 5,5 a 11 Mbps
Compatibilidade com o padro original 802.11 garantido pela PLCP
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento802.11a
Utiliza multiplexao por diviso ortogonal de freqncia (OFDM)
opera na faixa de freqncia de 5 Ghz
OFDM divide o sinal em 48 subportadoras para prover taxas de 6 a 54 Mbps
Utiliza como modulaes: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM
Padro no mantm compatibilidade com 802.11 e 802.11b
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento802.11g
Utiliza OFDM, de forma similar ao padro 802.11a, porm em uma freqncia de 2.4 Ghz
Taxas de 6 a 54 Mbps
Padro mantm compatibilidade com 802.11 e 802.11b
Utiliza mesmas modulaes que o padro 802.11a
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoSubcamada de Acesso ao Meio (MAC)Servio de entrega confivel
Controlar o acesso ao canal sem fio
Proteger dados utilizando tcnicas de criptografia
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoSubcamada de Acesso ao Meio (MAC)
Emissor aguarda confirmao (ACK) do receptor aps envio de quadro, na ausncia do mesmo o quadro retransmitido
Retransmisso poderia ser implementada nas camadas superiores, porm mais eficiente efetuar este controle na camada MAC
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFuno de Coordenao Distribuda (DCF)
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFuno de Coordenao Distribuda (DCF)
Utiliza o CSMA/CA para acesso ao meio
Processo de backoff quando o meio est ocupado por um perodo DIFS
Estao calcula um tempo randmico levando em conta o tamanho da janela de conteno (CW)
Janela aumenta a cada transmisso mal sucedida e tempo de backoff recalculado
tempo de backoff decrementado sempre que o canal detectado ocioso durante o tempo DIFS, quando atinge valor zero a estao transmite
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoProblema da estao exposta e estao escondida
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoFuno de Coordenao Centralizada (PCF)
Livre de conteno, baseia-se em consultas peridicas (polling) as estaes para determinar quem ter acesso ao meio
O AP geralmente implementa um ponto de coordenao
Estaes so consultadas periodicamente para utilizao do meio
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento Fragmentao
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoProteo e integridade dos dados:
Meio sem fio mais sensvel a intrusos
Implementa mtodos de cifragem na camada MAC
Atualmente Existem dois padres utilizados na prtica: WEP e WPA
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoAs redes Wlan podem ser divididas em 2 arquiteturas:
Rede Wlan Ad-hoc
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Consideraes inicias e princpios de funcionamento
Rede Wlan centralizada
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Consideraes inicias e princpios de funcionamentoAumento da utilizao de Wlans: Reduo grande nos custos envolvidos
Utilizao de faixas de freqncias livres ou no licenciadas que simplificam sua utilizao
Aumento das taxas de transmisso
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Proviso de Qualidade de ServioPropostas de diferenciao de servios baseados nas estaes:
PFC envolvem esquemas de consulta que levam em conta prioridade das estaes
DFC propostas elaboradas para trabalhar com priorizao de estaes, para isto alteram os parmetros da camada MAC
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Proviso de Qualidade de ServioEsquema Aad
Altera os parmetros da camada MAC de acordo com a prioridade da estao
Parmetros alterados so: funo de aumento do backoff, CW min, DIFS e tamanho mximo do quadro
Estaes com maior prioridade tm maior agilidade para utilizao do meio
Na prtica oferece diferenciao apenas ao trfego UDP
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Proviso de Qualidade de ServioEsquema Blackburst
Estaes de alta prioridade acessam o meio em intervalos iguais e constantes
Estao verifica se o meio est livre por um intervalo PIFS e ento envia o quadro
Se meio est ocupado a estao envia uma rajada (black burst) para congestionar o meio
Estaes de baixa prioridade utilizam o esquema convencional de acesso do 802.11
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Proviso de Qualidade de ServioExtenso 802.11e
Criada para prover diferenciao por fluxo de dados e no por estao
Introduz uma camada de coordenao hbrida (HCF)
HCF possui um coordenador hbrido (HC), responsvel pela funcionalidade de QoS, geralmente implementado no AP
Estaes so chamadas de QSTAs (QoS Station)
Prove o modo de acesso EDCF que complementa o modo de acesso DCF para utilizao de diferenciao de servios
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Proviso de Qualidade de ServioExtenso 802.11e
Disponibiliza 8 categorias de acesso (AC) nas QSTAs para suportar at 8 prioridades do usurio (UP)
Em cada estao uma ou mais UPs so atribudas para cada AC
Prioridades so atribudas atravs de configuraes dos parmetros da camada MAC (ex.valores de CW)
Novo tipo de intervalo chamado AIFS (DIFS + slot de tempo)
Cada categoria de trfego (TC) em uma estao comporta-se como uma estao virtual
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Proviso de Qualidade de ServioExtenso 802.11e
TCs disputam o meio e implementam processos de backoff independentes (o que ocorre com backoffs que zeram ao mesmo instante de tempo???)
Para melhorar o desempenho e a utilizao do canal, as estaes realizam a transmisso de quadros em rajadas durante intervalos de tempo chamados TxOps
Os parmetros de QoS utilizados nas estaes so definidos pelo HC, sempre baseando-se em 8 prioridades, os mesmo so informados a cada QSTA para que possa haver o estabelecimento da funcionalidade de QoS
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Proviso de Qualidade de ServioExtenso 802.11e
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Aspectos prticos e implantaoDuas perguntas bsicas para iniciar um projeto de Wlan:
Utilizao em ambientes indoor (ex.dentro de um prdio) ou outdoor (ex.ligando dois prdios)??
Utilizao de antenas que utilizam propagao por espalhamento, direcional ou serial ??
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Aspectos prticos e implantao Ominidirecional Direcional Setorial
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Aspectos prticos e implantaoEstudo de caso da rede Wlan do IC
Padro adotado
Caractersticas fsicas do prdio
Prover mobilidade e conseqentemente comutao entre clulas
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Aspectos prticos e implantaoDefinies importantes:
SSID (service set indentify)
Mtodos de cifragem de dados
Impacto de interferncias
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Aspectos prticos e implantaoRTS/CTS utilizao ou no ??
T = ttr + tov
ttr - tempo de transmisso tov - tempo de overhead
Do tempo de overhead podemos concluir que:tov = DIFS + tpr + SIFS + tpr + tackO tempo tpr decorrente da transmisso do preamble e header da PLPC
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Aspectos prticos e implantaoRTS/CTS utilizao ou no ??
DIFS = 50 usSIFS = 10 ustack = 10 us (para ACKS menores que 112 bits)tpr = 192 (para taxas maiores que 1Mbps) Considerando o frame de 1500 bytes podemos afirmar:
P = ttr / T = 0,70
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Aspectos prticos e implantaoRTS/CTS utilizao ou no ??
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Aspectos prticos e implantaoRTS/CTS utilizao ou no ??
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Aspectos prticos e implantaoRTS/CTS utilizao ou no ??
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Compatibilidade entre padres
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Compatibilidade entre padres
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Concluso Redes sem fio, em comparao a redes cabeadas, possuem limitaes quanto a taxa de transmisso Redes sem fio so mais sensveis a interferncias e rudos no sinal de transmisso, acarretando um esforo maior para administrao das mesmas No que diz respeito a segurana e integridade dos dados, redes sem fio so mais vulnerveis que redes cabeadas Deve-se optar por redes sem fio quando no h a possibilidade e/ou viabilidade para utilizao de cabosUtilizao do ISM uma faca de dois gumes
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BibliografiaSite do Lab. de Redes sem fio da Intel - http://intel.lab.ic.unicamp.br/twiki/bin/view/INF504/Arquivos
Site do IEEE - http://grouper.ieee.org/groups/802/11/
Freitag, J Proviso de Qualidade de Servio em Redes IEEE 802.11 Dissertao de Mestrado Agosto de 2004
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