la ns sem fio
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LANS SEM FIO (WIRELESS LANS)
Prof. Dr. Fernando Almeida
Introdução
� Nomadismo� habilidade de se movimentar, mas sem
manter o serviço� Aeroportos, shoppings, etc� Aeroportos, shoppings, etc
� Mobilidade� habilidade de se movimentar mantendo a
disponibilidade do serviço
Usuário Nômade
CMCMCMCM
Freqüência 1
Freqüência 2
Obs: Estações nômades podem trocar de freqüência/cé lula
Mobilidade: definição ITU-T
� Fixed wireless access (FWA): Aplicação de acesso wireless onde a localização do dispositivoterminal e o respectivo ponto de acesso à rede sãofixos;
� Mobile wireless access (MWA): Aplicação de � Mobile wireless access (MWA): Aplicação de acesso wireless onde a localização do dispositivoterminal é móvel;
� Nomadic wireless access (NWA): Aplicaçãode acesso wireless onde o dispositivoterminal pode estar em diferentes lugaresmas deve estar estacionário durante o uso.
Tipos de mobilidade: IETF
� Mobilidade Global ou Macro� Mobilidade sobre uma grande área, incluindo,
inclusive procedimentos de registro de endereço, quando a movimentação ocorre entre endereço, quando a movimentação ocorre entre domínios
� Mobilidade Local ou Micro
� Mobilidade sobre uma área restrita. Mobilidade dentre de um mesmo domínio IP e uso de sinalização dentro de uma mesma rede de acesso
Suporte para mobilidade: IETF
� Suporte a Mobilidade de Hosts� Conjunto de funcionalidades para o suporte a
um host trocar seu ponto de acesso à rede, sem interromper o fluxo de pacotessem interromper o fluxo de pacotes
� Suporte a Mobilidade de Rede
� Funcionalidades que permitem uma rede inteira mudar seu ponto de acoplamentocom o backbone
Meios para a Mobilidade
� Telefonia Celular� Já oferece mobilidade há muito tempo, com
mecanismos para handover
� PCS – Personal Communication Systems� Evolução em várias características da comunicação � Evolução em várias características da comunicação
celular
� Comunicação de Dados em ambiente Wireless� Uso de tecnologias como WiFi e WiMAX
� A mobilidade está evoluindo, do nomadismo para a mobilidade geral
� A mobilidade geral leva à necessidade de mecanismo de handover
Mobilidade e Convergência
� A convergência está unificando e integrando as aplicações num ambiente de comunicação de dados;
� Convergência, aplicações multimídia e a � Convergência, aplicações multimídia e a interatividade levam a necessidade de lidar com controle de QoS;
� Mobilidade geral, convergência, aplicações multimídia e a interatividade levam ao conceito de “any thing, any time, anywhere”;
Any thing, Any time, Any where
Any Thing(qualquer serviço)
• Qualquer tipo de tráfego ou serviço;• Multimídia, voz e dados;• Com interatividade;• Com melhor QoS possível;• Vários modelos de aplicação;• Modelos de delivery.
SignificadoFim-a-fim.
Any Time(em qualquer hora)
Any Where(a qualquer lugar)
• Continuidade de serviço;• Serviço disponível a qualquer instante;• Desde que o usuário tenha algum acesso;
• Mobilidade geral;• Independentemente de provedor ou,• Tecnologia de acesso;• Com melhor QoS possível;• Melhor relação custo/benefício.
Fim-a-fim.
Centradono
Usuário.
Framework para Any Thing, Any Time,
Any Where
Rede de Acesso[Frame Relay]
Rede de Acesso[ATM]
Rede de Acesso[SDH]
Sistema Provedor deConteúdo e Serviço
Sistema Provedor deConteúdo e Serviço
Sistema Provedor deConteúdo e Serviço
Gerência de RedeGerência e Controle de QoS
Backbones (IP, MPLS, DiffServ,...)
Rede de Acesso[ADSL]
PAN[Bluethooh]
PAN[802.11 ad hoc]
Rede de Acesso[WiFi]
Rede de Acesso[WiMax]
Rede de Acesso[Mobile IP]Rede de Acesso
[Digital TV]
Cenário atual
� Mobilidade e interatividade multimídia
Cenário atual
� TV Digital Interativa
TV Digital Interativa
� Herda o conceito bidirecional
DVB Core
Region 1
Region 2
LocalDVB-H
Services
DVB-H
CoreNet
CDSContentDeliverySystem
ADSL
Mobile Core
StreamingServer AAA, Charging
User DataRepository
GGSN SGSN
UTRAN
DVB-H
Exemplo de Aplicação (1)
� TV Digital e Interatividade
� Reportagem ao vivo
Alguém está vendo TV: Noticiário Diário:
Mas, algo acontece, bem longe dali:
Exemplo de Aplicação (2)
� Entrevista, reportagem ao vivo
Alguém telefona …
Pedindo
ajuda e …
… obtendo
fama!
Exemplo de Aplicação (3)
� Entrevista, reportagem ao vivo
…o Noticiário!
Porque é possível enviar
imagem ao vivo para …imagem ao vivo para …
Futuro da busca na Internet
� Dispositivo móvel
� Acesso Wireless
� Banco de dados geográfico e de geográfico e de imagens
� Processamento de imagens
Futuro da busca na Internet
Futuro da busca na Internet
Futuro da busca na Internet
Redes sem Fio - Introdução
� Alternativa ao cabeamento
� Áreas abertas muito grandes (plantas industriais, supermercado, etc)
� Prédios antigos e/ou históricos� Prédios antigos e/ou históricos
� Escritórios pequenos
� Interconexão de Prédios� Link ponto-a-ponto entre prédios
� Não é uma LAN, mas suas tecnologias são wireless
Wireless LAN com uma célula
CMUM
CM
Célula Wireless
CM: Control ModuleUM: User Module
Wireless LAN com várias células
CM
UM
CM
UM UM
UM
UM UM
UMUM
CM UMUM
UM
UM
Freqüência 1
Freqüência 2
Freqüência 3
Wireless LAN com várias células
Wireless LAN com várias células
Wireless LAN com várias células
Redes sem Fio - Introdução
� Tecnologia que mais cresce nos dias atuais
� Encontradas em campi universitários, em edifícios comerciais e em vários órgãos do setor públicosetor público
� IEEE 802.11 – LAN sem Fio (WLAN)
� Arquitetura� Basic Service Set (BSS)
� Extended Service Set (ESS)
Basic Service Set (BSS)
� Base de uma rede LAN sem fio (WLAN)
� Formada por estações wireless fixas ou móveis e, opcionalmente, por uma estação-base conhecida como AP (Access Point)base conhecida como AP (Access Point)
� Uma BSS sem AP é uma rede isolada e independente que não pode transmitir dados para outras BSSs� São capazes de se localiza e concordar entre si
� Faz parte de uma única BSS
Nota
� Uma BSS sem um AP é conhecida como rede ad-hoc
� Uma BSS com um AP é conhecida como redeinfra-estruturada
Extended Service Set (ESS)
� É formada por duas ou mais BSSs com AP
� BSSs são conectadas por meio de um sistema de distribuição (normalmente é uma LAN com fio)com fio)
� Um sistema de distribuição interliga as BSS via APs
� Composta por dois tipos de estações: móveis e fixas� Móveis – estações comuns de uma BSS
� Fixas: estações especiais - APs
ESS – Extended Service Set
BSS e ESSBSS
Rede deDistribuição
Basic Services
ESS
Rede deDistribuição
Extended Services
Basic Services Basic Services
Outro exemplo
Distribution System (DS)
Tipos de Estação
� Sem transição� Estação fixa (não pode se movimentar) ou pode se
movimentar apenas dentro da BSS
� Transição inter-BSS� Estação com mobilidade de transição, pode ser � Estação com mobilidade de transição, pode ser
movimentar entre BSSs, confinada a mesma ESS
� Transição inter-ESS� Estação com mobilidade de transição inter-ESS, pode
se movimentar entre ESSs
� O padrão 802.11 não assegura que a comunicação será contínua durante a transição entre ESSs
Redes Ad-hoc
� Não requer uma infra-estrutura como um backbone ou pontos de acesso
� Todos os terminais funcionam como roteadores
� Protocolo usado OLSR (Optimized Link State � Protocolo usado OLSR (Optimized Link State
Routing Protocol)
� Não há topologia predeterminada
� A comunicação entre os nós é feita diretamente entre eles
� Os próprios terminais são responsáveis pela organização e controle da rede
Redes Ad-hoc
� Computadores interligados sem a utilização de um ponto de acesso (Access Point)
� Este tipo de conexão é inteiramente privado, onde um computador da rede se torna o onde um computador da rede se torna o controlador dela
� Muito utilizada para a transferência de arquivos entre computadores, ambiente de treinamento e reuniões (rede temporária)
� Pode ser utilizado para compartilhamento de Internet
Exemplos de uma rede Ad-hoc
Redes infra-estruturadas
� É composta por um AP (Access Point ou Ponto de Acesso) e clientes conectados a ele
� O AP realiza um papel semelhante a um HUB ou roteador, fazendo assim uma ponte entre ou roteador, fazendo assim uma ponte entre a rede cabeada e a rede sem fio
� A ligação física entre ambas é feita de modo simples� Conexão de um cabo Ethernet da rede cabeada
convencional ao ponto de acesso, onde este permitirá o acesso sem fio de seus clientes
Exemplo de uma rede Infra-
estruturada
AP: Access Point
Estação que provê acesso ao Sistema de Distribuição
Portal
� Ponto lógico onde dados de uma LAN (não 802.11) acessa o Sistema de Distribuição
Arquitetura 802.11 completa
ACESSO MÚLTIPLO
Prof. Dr. Fernando Almeida
Introdução
� Enlace (ou canal) dedicado disponível entre o emissor e receptor� Exemplo: Conexão Internet usando PPP
� Compartilhamento de canal (não dedicado)� Ligação de um celular para outro� Ligação de um celular para outro
� Camada de enlace divida em duas camadas� Subcamada superior
� Responsável pelo controle do enlace de dados
� Subcamada inferior� Responsável pelo controle de acesso a meios físicos
compartilhados
Camada de Enlace de dados
Camada de enlace
Controle de fluxo e erros – Logical Link
Control (LLC)
Divisão IEEE para LANs
Também conhecida como Media Access
Control (MAC)
Acesso múltiplo
� Quando os nós são conectados em um enlace comum, há a necessidade de um protocolo de acesso múltiplo� Responsável por coordenar o acesso ao meio � Responsável por coordenar o acesso ao meio
físico (link)
� Similar às regras para se ter a palavra em uma reunião
� Garante que o direito de se manifestar seja respeitado
� Sem interrupção, monopólio ou simultaneamente
Taxonomia dos Protocolos de
acesso múltiplo
Protocolo de Acesso Randômico
� Acesso randômico ou de contenção, nenhuma estão é superior a outra� Não existe controle sobre o outro
� As estações utilizam procedimentos pré-� As estações utilizam procedimentos pré-determinado pelo protocolo
� Dependente do estado do meio de transmissão (livre ou ocupado)
� Ocupação do meio é aleatória
� Estações concorrem entre si para ganhar o acesso ao meio (métodos de contenção)
Acesso Randômico
� Pode haver conflito no acesso – COLISÃO� Frames são destruídos ou modificados
� Evolução partiu do protocolo ALOHAProcedimento denominado multiple access (MA)� Procedimento denominado multiple access (MA)
� Estações “escutam” a rede antes de transmitir (também conhecido como carrier sense multiple
access - CSMA)
� CSMA/CD (carrier sense multiple access with
colision detection)
� CSMA/CA (carrier sense multiple access with
colision avoidance)
CSMA/CA
� O CSMA/CD detecta a colisão� Quando não existe colisão, a estação recebe um
sinal: seu próprio sinal
� Quando há colisão, a estação recebe dois sinais: � Quando há colisão, a estação recebe dois sinais: seu próprio sinal e o sinal transmitido por outra estação
� Repetidores podem amplificar o sinal e a energia detectada praticamente dobra
� Numa rede sem fio, grande parte da energia é perdida durante a transmissão
CSMA/CA
� O sinal recebido tem muito pouca energia
� Uma colisão poderia acrescentar apenas 5% a 10% de energia adicional� Não sendo suficiente para a detecção eficaz de colisão
� A colisão deve ser evitada� A colisão deve ser evitada� Não há como detectá-las
� Colisões são evitadas por meio de três estratégias:� Interframe space (espaçamento entre frames)
� Contention window (janela de contenção)
� Acknowledgments (confirmações)
Interframe Space (IFS)
� Colisões são evitadas postergando a transmissão mesmo que o canal se encontre ocioso� Estação não envia dados imediatamente
� Aguarda por certo período de tempo (IFS)� Aguarda por certo período de tempo (IFS)
� Estações podem estar distantes
� IFS podem ser usados para priorizar estações ou tipos de frames
� Para transmitir, uma estação deve esperar o tempo IFS e aguardar o tempo igual ao tempo de contenção
Contention Window
� Pode ser definida como o intervalo de tempo dividido em slots
� Uma estação pronta para transmitir, escolhe um número randômico de slots para seu um número randômico de slots para seu tempo de espera
� O número de slots muda de acordo com a estratégia de recuo exponencial binário� O número de slots vai dobrando cada vez que a
estação não conseguir detectar um canal ocioso após o período IFS
Contention Window
� Técnica semelhante ao método p-persistent� Exceto pelo resultado randômico definir o número
de slots tomados pela estação que aguarda
� Estações precisam “escutar” o canal após cada time slotcada time slot
� Se a estação constatar que o canal está ocupado, ela não reinicia o processo; simplesmente para o timer e o reinicia quando perceber que o canal está ocioso� Isso dá prioridade à estação com o maior tempo
de espera
Acknowledgments (Confirmações)
� Mesmo com todas essas precauções, ainda pode haver colisões� Provê a destruição dos dados
� Confirmações positivas e o time-out podem � Confirmações positivas e o time-out podem ajudar a garantir que o receptor tenha recebido o frame
Timing no CSMA/CA
CSMA e as Redes sem fio
� Foi desenvolvido basicamente para ser utilizada em redes sem fio
� Não é suficiente sofisticado para tratar determinadas questões relacionadas com determinadas questões relacionadas com redes sem fio� Terminais ocultos
� Terminais expostos
� Expansão do protocolo com a adição de handshaking
Fluxograma do CSMA/CA
Acesso Controlado
� As estações fazem uma consulta entre si para saber qual delas tem autorização para transmitir
� Uma estação não pode transmitir se não tiver � Uma estação não pode transmitir se não tiver autorização das outras estações
� Métodos mais populares� Reservation
� Polling
� Token Passing
Reservation
� Estações precisam fazer uma reserva antes de transmitir
� O tempo é dividido em intervalos
� Em cada intervalo, um frame de reserva � Em cada intervalo, um frame de reserva precede os frames de dados enviados naquele instante
Polling
� Opera em topologias nas quais um dispositivo é designado como estação primária e os demais como estações secundárias
� O dispositivo primário faz o controle de acesso � O dispositivo primário faz o controle de acesso ao meio
Token Passing
� Estações são organizadas em um anel lógico
� O acesso ao canal é feito através do token
� A posse do token dá à estação o direito de acessar o canal e enviar dadosacessar o canal e enviar dados
� Deve haver gerenciamento de tokens
Canalização
� Método de acesso múltiplo no qual a largura de banda disponível é compartilhada no tempo, frequência ou por código
� Métodos de canalização� Métodos de canalização� Frequency-Division Multiple Access (FDMA)
� Time-Division Multiple Access (TDMA)
� Code-Division Multiple Access (CDMA)
FDMA
� A largura de banda disponível do canal comum é dividida em faixas de frequência� Para evitar interferências entre as estações, as
faixas de frequência são separadas, uma das faixas de frequência são separadas, uma das outras, por pequenas bandas de proteção
� Cada faixa de frequência é reservada a determinada estação e ela permanecerá durante todo o tempo
FDMAFrequency-Division Multiple Access
TDMA
� As estações compartilham a largura de banda do canal no tempo
� É alocado um time slot para cada estação durante o qual ela pode enviar dadosdurante o qual ela pode enviar dados
� Cada estação transmite seus dados em seu time slot atribuído
� Principal problema está na sincronização entre diferente estações
TDMATime-Division Multiple Access
CDMA
� Comunicação com códigos diferentes� Exemplo: pessoas x diferentes idiomas
� Um canal transporta simultaneamente todos os canaisos canais� Somente um canal ocupa a largura de banda
inteira do enlace (CDMA x FDMA)
� Todas as estações podem enviar dados simultaneamente; não há compartilhamento de tempo (CDMA x TDMA)
CDMACode-Division Multiple Access
Media Access Control (MAC)
� O padrão IEEE 802 criou uma subcamada denominada Media Access Control
� Define métodos de acesso específicos para cada rede LANcada rede LAN� CSMA/CD para LANs Ethernet
� Token-passing para LANs Token Ring e Token Bus
� Define o método de acesso e o formato de framing específico para o protocolo LAN correspondente
Protocolo MAC do padrão 802.11
� O padrão IEEE 802.11 estabelece duas subcamadas:�� DCF DCF ((DistributedDistributed CoordinationCoordination FunctionFunction))
�� PCF PCF ((PointPoint CoordinationCoordination FunctionFunction) )
DCF DCF –– DistributedDistributed CoordinationCoordination FunctionFunction
� Protocolo fundamental no padrão IEEE 802.11 (WLAN)
� Emprega o protocolo CSMA/CA como método de acesso ao meio juntamente com o método de acesso ao meio juntamente com o algoritmo de back-off
� Deve ser implementado em todas as estações
que operam de acordo com o padrão 802.11
� Independente da configuração de rede
utilizada ser ad-hoc ou infra-estruturada
DCF
� Implementa o Procedimento Backoff (aleatório)� random () x aSlotTime� random = valor aleatório dentro do intervalo [0,CW]
� Define um conjunto de temporizadores� DIFS (DCF Interframe Space)� DIFS (DCF Interframe Space)
� aSIFSTime + 2 x aSlotTime
� SIFS (Short Interframe Space)� Intervalo de tempo menor que DIFS usado para transmissão de
ACK, CTS
� Ao final se o meio permanecer livre – inicia transmissão
� Ao final da transmissão aguarda um ACK que reinicializa todosos valores envolvidos na transmissão;
DCF
� As LANs sem fio não podem implementar o CSMA/CD por três motivos:� Deve ser capaz de enviar dados e receber sinais de
colisão ao mesmo tempo � aumento do custo e banda� aumento do custo e banda
� exigência de largura de banda
� Dispositivos podem estar “Escondidos” num ambiente wireless
� Colisão deve ser detectada por todas as estações
� Distâncias entre estações� Enfraquecimento do sinal
Fluxograma para o CSMA/CA
Linha do tempo
1. Antes de iniciar a transmissão de um frame, a estação de origem ouve o meio verificando o nível de energia da portadora de frequênciafrequência
1. Persistência com backoff até que o canal fique livre
2. Após detectar que o meio está livre, a estação espera por um tempo denominado Distributed
Interframe Space (DIFS) e transmite um Request to Send (RTS)
Linha do tempo
2. Após receber o RTS e esperar um curto intervalo de tempo (Short interframe Space
(SIFS), a estação de destino também envia um frame de controle (Clear to Send (CTS))um frame de controle (Clear to Send (CTS))
à estação de origem2. Indica que a estação está pronta para receber
dados
3. Após um período de tempo igual ao SIFS, a estação de origem envia os dados
Linha do tempo
4. Após um período de tempo igual ao SIFS, a estação de destino envia um ACK
4. Necessária neste protocolo porque a estação de origem não tem como verificar o sucesso do origem não tem como verificar o sucesso do recebimento dos dados no destino
Network Allocation Vector (NAV)
� Como o aspecto collision avoidance deste protocolo é realizado?� Elemento chave é o NAV
� Quando uma estação envia um frame RTS, ela � Quando uma estação envia um frame RTS, ela inclui o tempo de duração necessário para ocupar o canal
� As estações afetadas criam um relógio de temporização (Network Allocation Vector)
� Exibe o tempo restante para liberação do canal
� As estações verificam os relógios NAV antes de verificar se o meio está livre para a transmissão
CSMA/CA e NAV
Colisão durante o handshaking
� Duas ou mais estações podem tentar transmitir frames RTS ao mesmo tempo
� Os frames podem colidir
� Não existe mecanismos para detecção de � Não existe mecanismos para detecção de colisão
� Transmissor assume que ocorreu colisão se um frame CTS não for recebido no receptor
� Utiliza a estratégia de backoff
PCF – Point Coodination Function
� Método de acesso opcional e mais complexo
� Pode ser implementado em redes de infra-estrutura (não em rede ad-hoc)
� É implementado sobre o DCF� É implementado sobre o DCF� Usado em transmissões de dados sensíveis a
atrasos
� Implementa um método de acesso centralizado por meio de polling, livre de contenção
PCF
� Função: Prover acréscimo de desempenho;
� Controla e ordena o acesso ao meio, “ditando” qual a estação terá o direito de transmitir;transmitir;
� Utiliza PIFS time;
� CFP – Período Livre de Contenção;
� Ponto de Acesso – Point Coordinator
PCF
� O AP é responsável por fazer a varredura (polling) em todas as estações capazes de serem varridas� Ocorre uma após a outra
� Enviam dados que possuam ao AP� Enviam dados que possuam ao AP
� Tem prioridade sobre o DCF� Implementa um conjunto de temporizadores entre
frames PIFS e SIFS
� PFIS (PCF IFS) – mais curto que o DIFs
� Se uma estação usar apenas o DFC e um AP usar o PCF, o AP terá prioridade
PCF
� Estações que usam apenas o DCF talvez não consigam acessar o meio de transmissão
� Para impedir isso, a técnica intervalo de repetição foi desenvolvida
Se repete continuamente� Se repete continuamente
� Frame de controle especial, beacon frame (frame de sinalização)
� Quando as estações escutam o frame de sinalização, elas iniciam seu timer NAV
� Cobre tanto o tráfego livre de contenção (PCF), quanto o tráfego baseado em contenção (DCF)
PCF – exemplo de intervalo
de repetição
� O 802.11 usa a técnica piggybacking
� ACK é incluso dentro do pacote
PCF – Funcionamento
� PC aguarda o meio ficar livre por PIFS time
� Como PIFS é menor que DIFS então não existe concorrência entre estações e Point Coordinatorpelo acesso ao meio;
Ao iniciar o CFP, o PC envia quadro Beacon� Ao iniciar o CFP, o PC envia quadro Beaconcontendo informação de quanto tempo o CFP terá e quando ele ocorrerá novamente. � O NAV das estações são ajustados com estas informações
� Após enviar o quadro Beacon, o PC aguarda SIFS Time e envia um quadro D1 (dados + pooling) para a estação
PCF - Funcionamento
� A primeira estação na lista do Ponto de Acesso que receber o quadro de poolingaguardará SIFS time e executará a sua transmissão
� O Ponto de acesso aguarda SIFS Time e envia � O Ponto de acesso aguarda SIFS Time e envia o quadro D2 para a segunda estação e assim por diante
Nota
“Durante o intervalo de repetição, o PC (Point
Controller) pode enviar um frame poll, receber
dados, transmitir um ACK e receber um ACK ou
realizar qualquer outra combinação dessas realizar qualquer outra combinação dessas
ações. Ao final do período livre de contenção, o
PC envia um frame CF end (fim do período de
contenção) para permitir que as outras
estações baseadas em contenção possam
utilizar o meio de transmissão”
Fragmentação
� Ambiente wireless é bastante susceptível a ruídos
� Um frame corrompido tem de ser retransmitidoretransmitido
� Recomenda-se a fragmentação dos frames
� Maior sucesso na transmissão
Formato do Frame
� Campo controle do frame (FC)
Subcampos do campo FC
Campo Explicação
Version A versão atual do protocolo é 0
Type Tipo de informação do corpo do frame: (00) gerenciamento, (01) controle,
(10) dados;
Subtype Define o subtipo para cada frame: (1011) RTS, (1100) CLR, (1101) ACKSubtype Define o subtipo para cada frame: (1011) RTS, (1100) CLR, (1101) ACK
ToDS Para o Distribution Service;
FromDS Vem do Distribution Service;
More Flag: Mais fragmento;
Retry: Frame retransmitido;
Pwr mgt Estação no modo de gerenciamento de energia;
More data Estação tem mais dados para enviar;
WEP Criptografia foi ativada;
Rsvd Reservado
Formato do Frame
� D: Define dois tipos de frames� Tempo de duração da transmissão – estabelecimento NAV
� Define o ID (identificação) do frame – frame de controle
� Endereço: Existem 4 endereços, cada qual com 6 bytes de tamanho (será abordado posteriormente)bytes de tamanho (será abordado posteriormente)
� Controle de sequência� número sequêncial do frame
� Corpo do Frame� Informações baseadas nos campos type e subtype
� FCS� detecção de erro (sequência CRC-32)
Tipos de Frames – 802.11
� Frames de gerenciamento� Usados para estabelecer comunicação entre as
estações e pontos de acesso (access point)
� Frames de controle� Frames de controle� Utilizados durante o acesso ao canal e para
confirmação de frames
� Frames de dados� Utilizados no transporte de dados e de controle
Mecanismos de endereçamento
� Bastante complexo devido ao fato de poder existir estações intermediárias (APs) entre origem e destino
� Há 4 casos definidos pelos valores dos dois � Há 4 casos definidos pelos valores dos dois flags no campo FC (To DS e From DS)
Endereçamento Caso 1
Endereçamento Caso 2
Endereçamento Caso 3
Endereçamento Caso 4
Mecanismos de endereçamentos
Problema da estação oculta
B e C estão ocultas uma em relação à outra no que diz respeito a B e C estão ocultas uma em relação à outra no que diz respeito a AA
O frame CTS de handshake no CSMA/CA
Nota
O frame CTS de handshake no CSMA/CA pode evitar colisões mesmo que exista uma
estação oculta
Problema da Estação Exposta
C está exposta à transmissão de A e BC está exposta à transmissão de A e B
Emprego do handshaking
CAMADA FÍSICA
Camada Física
� O padrão 802.11 também define as especificações para conversão de bits em sinal elétrico na camada física� Uma especificação utiliza a faixa de frequência na � Uma especificação utiliza a faixa de frequência na
região do infravermelho
� Outras cinco estão na faixa de rádio frequência
Camadas Físicas
IEEE 802.11 - FHSS
� Frequency-Hopping Spread Spectrum
� Descreve o método de espalhamento espectral por saltos de frequência
� Gera sinal na faixa ISM de 2.4 GHz� Gera sinal na faixa ISM de 2.4 GHz
� Essa faixa de frequência é dividida em 79 canais de 1 MHz (e bandas de proteção)
� Uma função geradora de números pseudo aleatórios seleciona o salto para a faixa habilitada
� Possui taxa de dados total de 1 ou 2 Mbps
IEEE 802.11 - FHSS
� Se a largura de banda do sinal original é B, a largura de banda partilhada pelo espectro espalhado (spread spectrum) é NxB
� O espalhamento dificulta pessoas não � O espalhamento dificulta pessoas não autorizadas invadirem o sistema para acessarem dados transmitidos
Seleção de frequência FHSS
IEEE 802.11 - FHSS
IEEE 802.11 - FHSS
� Transmissor e receptor devem concordar sobre a sequência da divisão da banda para manutenção de um único canal lógico
� O intervalo de tempo característico em cada � O intervalo de tempo característico em cada faixa é tipicamente 400ms ou mais (Tempo de habilitação)
� Não constitui acessos múltiplos� Todas as estações disputam a utilização das
mesmas faixas para envio dos respectivos dados
IEEE 802.11 - DSSS
� Direct-Sequence Spread Spectrum
� Método de espalhamento espectral para geração do sinal na faixa de frequência ISM próxima a 2,4 GHzpróxima a 2,4 GHz
� Cada bit enviado pelo transmissor é categoricamente substituído por uma sequência de bits denominada chip code ou bit-code
IEEE 802.11 - DSSS
� Para evitar buffering (uso de área de memória temporário) o tempo necessário para transmitir um chip-code deve ser o mesmo tempo necessário para transmitir um bit tempo necessário para transmitir um bit
original
� Se o número de bits em cada chip-code for N,
então a taxa de transmissão dos chip-codes
será N vezes a taxa de transmissão da cadeia original de bits
IEEE 802.11 - DSSS
� Semelhante ao CDMA� É implementado na camada física
� Não se trata de outro método de acesso múltiplo para a camada de enlace
� Utiliza métodos de contenção� Utiliza métodos de contenção
� A sequência de bits usa toda a banda
� Resulta numa taxa de transferência de dados de 1 ou 2 Mbps
IEEE 802.11 - DSSS
IEEE 802.11 - DSSS
IEEE 802.11 - Infravermelho
� Usa luz infravermelha na faixa de 800 a 950 nm
� A técnica de modulação é a PPM (Pulse
Position Modulation)Position Modulation)
� Possui sequências de bits, onde cada sequência é convertida em sinais ópticos
� A presença de luz define bit 1 (um) e a ausência de luz define bit 0 (zero)
IEEE 802.11a - OFDM
� Orthogonal Frequency-Division Multiplexing
� Descreve um método de multiplexação para geração do sinal na faixa de frequência ISM próxima a 5 GHzpróxima a 5 GHz
� Parecido com FDM� Todas as subfaixas são usadas simultaneamente
por uma mesma estação de origem num dado instante de tempo
� As estações de origem disputam entre si o acesso a camada de enlace de dados
OFDM
� Toda a banda passante é dividida em 52 subfaixas, onde 48 delas estão destinadas a enviar 48 grupos de bits por vez, e as outras 4 são utilizadas para controle da informação
� Semelhante ao ADSL� Semelhante ao ADSL� A divisão da banda em subfaixas diminui os efeitos de
interferência� Escolhas aleatórias de subfaixa permitem a
implementação de níveis de segurança� Utiliza PSK e QAM para modulação� Transmissão de dados típica ocorre a 18 Mbps (PSK e
54 Mbps (QAM)
IEEE 802.11a - OFDM
IEEE 802.11a – OFDM
IEEE 802.11b – HR-DSSS
� High-Rate-DSSS
� Método de espalhamento espectral de seuqência direta de alta velocidade
� Geração de sinais na faixa de frequência ISM � Geração de sinais na faixa de frequência ISM de 2.4 GHz
� Similar ao DSSS, exceto pelo método de codificação� Complementary Code Keying (CCK)
� CCK codifica 4 ou 8 bits num único símbolo CCK
IEEE 802.11b – HR-DSSS
� Para ser compatível com as versões anteriores do DSSS, o HR-DSSS define 4 velocidades para transmissão de dados:� 1, 2, 5,5 e 11 Mbps� 1, 2, 5,5 e 11 Mbps
� 1 e 2 Mbps (modulação DSSS original)
� 5,5 Mbps (modulação BPSQ)
� 11 Mbps (modulação QPSK)
IEEE 802.11g - OFDM
� Esta especificação é relativamente nova e utiliza OFDM numa faixa de frequência ISM de 2,4 GHz
� Atinge velocidades de transmissão de dados � Atinge velocidades de transmissão de dados de 22 a 54 Mbps
� É compatível com versões anteriores do IEEE 802.11 b
� Usa a técnica de modulação OFDM
Comparativo
Padrões IEEE 802.11: Velocidades
IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g
Taxa de Transmissão
6, 9, 12, 54 Mbps
1 a 11 Mbps -Potência do
20 a 54 MpsTransmissão Mbps Potência do
sinal
Banda de Transmissão
5GHz 2,4 GHz 2,4 GHz
Esquema de Codificação
OFDM (Ortogonal FDM)
DSSS OFDM (Ortogonal FDM)
Padrão Região/País Freqüência Potência
802.11b & g América do Norte 2,4 - 2,4835 GHz 1000 mW
802.11b & g Europa 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW
802.11b & g Japão 2,4 - 2,497 GHz 10 mW
Freqüências e Potências do IEEE 802.11
802.11b & g Japão 2,4 - 2,497 GHz 10 mW
802.11b & g Espanha 2,4 - 2,4875 GHz 100 mW
802.11b & g França 2,4 - 2,4835 GHz 100 mW
802.11a América do Norte 5,15 - 5,25 GHz 40 mW
802.11a América do Norte 5,25 - 5,35 GHz 200 mW
802.11a América do Norte 5,47 - 5,725 GHz não aprovado
802.11a América do Norte 5,725 - 5,825 GHz 800 mW
BLUETOOTH
Prof. Dr. Fernando Luiz de Almeida
Bluetooth
� Tecnologia para redes LANs sem fio (WLANs)
� Desenvolvida para conectar diversos dispositivos de diferentes funções� Telefones, notebooks, computadores (desktop e � Telefones, notebooks, computadores (desktop e
laptop), câmeras, impressoras, cafeteiras, etc
� Trata-se de uma rede ad hoc (formação espontânea)
� Padrão IEEE 802.15 (PAN – Personal AreaNetwork)
� Distâncias de no máximo 10 m e velocidade de 1 Mbps (sala ou hall)
Bluetooth
� Opera na frequência ISM na faixa de 2.4 GHz dividida em 79 canais de 1 MHz
� Utiliza Spread Spectrum Frequency Hopping
� Modulação GGSK (Gaussian FSK)� Modulação GGSK (Gaussian FSK)
� Método de acesso é TDD-TDMA (Time
Division DuplexingTDMA)
Bluetooth: versões e classes
Arquitetura: Piconet
� Uma rede Bluetooth é denominada Piconet
� Pode ter até 8 estações, uma das quais é chamada de primária, as demais são chamadas de secundáriaschamadas de secundárias� Outras estações podem estar em estado
estacionário
� Estações secundárias sincronizam seus clockse sequência de saltos com a primeira
� A comunicação pode ser ponto-a-ponto ou multiponto
Piconet
Arquitetura: Scatternet
� Redes Piconets podem ser combinadas para formar uma Scatternet
� Uma estação pode pertencer a duas Piconets� Uma estação secundária de uma Piconet pode ser � Uma estação secundária de uma Piconet pode ser
primária de outra Piconet
� Essa estação pode trocar mensagens entre as Piconets
Scatternet
Piconets e Frequency Hopping
http://electronics.howstuffworks.com/bluetooth2.htm
Dispositivos Bluetooth
� Todo dispositivo tem um transmissor embutido na faixa de radiofrequência de curto alcance
� Taxa de dados atual é de 1 Mbps (2,4 GHz)� Taxa de dados atual é de 1 Mbps (2,4 GHz)
� Existe possibilidades reais de interferências entre LANs IEEE 802.11b e as LANs Bluetooth
Dispositivos Bluetooth
Camadas Bluetooth
Camada de Rádio
� Equivalente a camada física do modelo Internet� Dispositivos Bluetooth são de baixa potência e
têm alcance típico de 10 m� Opera na faixa de frequência ISM de 2.4 GHz,
dividida em 79 canais espaçados em 1 MHzdividida em 79 canais espaçados em 1 MHz� Utiliza a Técnica de espalhamento FHSS
� Salta 1600 vezes por segundo, portanto, um dispositivo fica numa frequência 625 µs
� Utiliza a modulação GFSK (Gaussian FSK);� Os canais de transmissão utilizam frequências de
portadoras de valores:
• f = 2.402 + n onde n = 0, 1, 2, 3, ..... 78. (em MHz).
Camada Banda Base
� Equivale a camada MAC das redes LANs
� O método de acesso é o TDMA� TDD-TDMA (Time-Division DuplexingTDMA)
Implementa comunicação half-duplex� Implementa comunicação half-duplex
� A comunicação entre estações (primárias e secundárias) se dá por intermédio de time-
slots
� Duração de 625 µs (mesmo tempo de permanência)
� Estações secundárias não podem se comunicar entre si
Camada Banda Base
� Comunicação com Único Secundário� O primário utilizará os slots pares (0, 2, 4,...)
� O secundário usará os slots ímpares (1, 3, 5,...)
� Muito usado atualmente em sistemas wireless ponto-a-ponto.ponto-a-ponto.
Camada Banda Base
� Comunicação com Vários Secundários� Utiliza a técnica de polling
� Muito usado em sistemas wireless multi-ponto
Camada Banda Base
� Dois tipos de enlaces podem ser criados entre um primário e secundário
• SCO (Synchrounous Connection-Oriented): latência é mais importante do que a confiabilidade . Um linkfísico é criado e são reservados slots específicos para comunicação. Não há retransmissão de dados com comunicação. Não há retransmissão de dados com erro.
• ACL (Asynchrounous Connetionless Link): integridade é mais importante que latência . Se os dados são corrompidos, são retransmitidos. Estação escrava só transmite se o slot endereçado anteriormente era o dele. Um link ACL pode ocupar 1, 3 ou 5 timeslots, podendo a taxa de transmissão chegar a 721 Kbps.
Formato do Frame
•Código de Acesso (Access Code): bits de sincronização e ID do Mestre para indicar frames de diferentes piconets.
•Cabeçalho (Header): conjunto de 18 bits repetido 3 vezes, totalizando 54 bits.
•Endereço (address): permite 7 dispositivos ativos. Endereço 000 representa broadcast.
•Tipo (Type): tipo de informação que vem da camada 2.
•F: bit de controle de Fluxo. Quando em 1 significa que o dispositivo está desabilitado a receber mais frames.
•A: confirmação (ACK). Utiliza mecanismo stop-and-wait. Um bit é suficiente para o contador de ACK.
•S: Informa o número de seqüência do frame. Um bit é suficiente.
•HEC: checksum de detecção de erro nos 18 bits do cabeçalho / CRC para payload.
Camada L2CAP
� Logical Link Control and Adaptation Protocol
� Faz a troca de dados nos links ACL
� Canais SCO não usam o L2CAP
� Tamanho – parte de dados oriundos das camadas superiores
� ID do canal – identifica univocamente o canal virtual criado nesse nível (serviço de multiplexação)
Serviços L2CAP
� Multiplexação� Distingue vários protocolos usuários na camada superior,
criando circuitos virtuais entre os dispositivos
� Segmentação e reagrupamento� Os pacotes das aplicações de até 65.535 bytes são quebrados � Os pacotes das aplicações de até 65.535 bytes são quebrados
em pacotes de até 339 bytes e reagrupados no destino pela camada L2CAP
� QoS� O Bluetooth pode definir níveis diferentes de QoS por
circuíto virtual e tratar os pacotes de maneira diferenciada
� Gerenciamento de Grupo� O L2CAP permite a definição de endereços lógicos de
maneira similar ao multicast do IP
UWB (ULTRA-WIDEBAND)
Prof. Dr. Fernando Almeida
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