rabl 3 wlan - puc-rio

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Redes de Acesso em Banda Larga

3 – WLANs

Marcelo NajnudelL. Silva Mello (orientador)

L. Silva MelloL. Silva MelloL. Silva MelloCETUCCETUCCETUC---PUC/RioPUC/RioPUC/Rio

ComunicaçãoComunicaçãoComunicação MóvelMóvelMóvel e e e CelularCelularCelularRedes de dados Redes de dados Redes de dados wirelesswirelesswireless 222

Histórico

Em 1971, surge a primeira Wireless LAN: interligação de 4 ilhas no Havaí (ALOHANET).

Em 1990, os primeiros equipamentos começam a ser vendidos para utilização na banda ISM (900 MHz, 2,4 GHz, 5 GHz) que havia sido liberada mundialmente e representava uma faixa desregulamentada.

Em 1994, os primeiros equipamentos começam a ser comercializados para utilização na faixa de 2,4 GHz regulamentada.

Em 1997, o padrão 802.11 é regulamentado pelo IEEE.Formação da WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), união das empresas: Lucent, 3Com, Aironet (Cisco), Intersil, Nokia e Symbol.

Em 1999, o padrão 802.11b é regulamentado assegurando a interoperabilidade dos dispositivos. Surge o termo WiFi (Wireless Fidelity).

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Visão geral

Os alicerces da tecnologia WLAN são:Mobilidade e Praticidade

Baixos custos(principalmente ao se comparar com outras tecnologias wireless, como

GSM/GPRS ou CDMA-1xRTT)

A escalabilidade deste tipo de rede também é um ponto muito importante, já que as alterações entre as diversas topologias são muito simples e rápidas.



O padrão 802.11

54, 36, 33, 24, 22,12, 11, 9, 6, 5,5, 2,1 Mbps

11, 5,5, 2, 1 Mbps54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Mbps2, 1 Mbps Taxa de transmissão por canal

OFDM/CCK (6, 9,12, 18, 24, 36, 48, 54)OFDM (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54)DQPSK/CCK(22, 33, 11, 5,5Mbps)DQPSK (2 Mbps)DBPSK (1 Mbps)

DQPSK/CCK(11, 5.5 Mbps)DQPSK (2 Mbps)DBPSK (1 Mbps)

BPSK (6, 9 Mbps)QPSK (12, 18 Mbps)16-QAM (24, 36 Mbps)64-QAM (48, 54 Mbps)

DQPSK(2 Mbps DSSS)DBPSK(1 Mbps DSSS)4GFSK(2Mbps FHSS)2GFSK(1Mbps FHSS)

Modulação

2,4 a 2,4835GHzDSSS, OFDM

2,4 a 2,4835GHzDSSS

5,15 a 5,35 GHz OFDM5,725 a 5,825Ghz OFDM

2,4 a 2,4835 GHzDSSS, FHSS

Frequência e Técnica

83,5 MHz 83,5 MHz 300 MHz83,5 MHz Banda disponível

Outubro de 2003Setembro de 1999Setembro de 1999Julho de 1997Data de regulamentação

802.11g802.11b802.11a802.11ITEM

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Wireless LANs x Wired LANs

Algumas vantagens de redes wireless são:MobilidadeInstalação rápida e fácilInstalação de redes temporáriasInstalação em locais de difícil passagem de cabosBaixos custos de instalação

A principal desvantagem de redes wireless é a falta de segurança das informações trafegadas.



Equipamentos

Para se prover acesso a uma rede wireless, são necessários alguns componentes novos em relação às redes cabeadas.

Access Point (AP) - exerce a função de distribuir entre os usuários o acesso à rede.Workgroup Bridge (WB) - estabelece uma “ponte” de comunicação entre um AP e equipamentos fora da área de cobertura deste.Wireless Bridge – tem a função de interligar duas ou mais redes, fazendo uma ponte de comunição entre um par de Bridges.Client Adapter - componentre que tem a capacidade de se comunicar com os APs e prover o acesso à rede.

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Equipamentos: Access Point

Características gerais nos equipamentos pesquisados:I/O para o backbone cabeadoI/O(s) de RF para antena(s) (alguns equipamentos têm antenas embutidas, outros permitem antenas externas)Potência de saída regulávelWEP de 40 e 128 bits

Características extras de alguns equipamentos:Diversidade de antenasFuncionalidade Repeater mode



Equipamentos: Workgroup Bridge

Características gerais nos equipamentos pesquisados:I/O para o backbone cabeadoI/O(s) de RF para antena(s) (alguns equipamentos tem antenas embutidas, outros permitem antenas externas)Potência de saída regulávelWEP de 40 e 128 bits

Características extras de alguns equipamentos:Limite de equipamentos conectados

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Equipamentos: Wireless Bridge

Características gerais nos equipamentos pesquisados:I/O para o backbone cabeadoI/O(s) de RF para antena(s) (alguns equipamentos tem antenas embutidas, outros permitem antenas externas)Potência de saída regulávelWEP de 40 e 128 bits

Características extras de alguns equipamentos:Também pode funcionar como um AP comum



Equipamentos: Client Adapter

Características gerais nos equipamentos pesquisados:Entrada PCMCIA (para desktops) ou PCI para outros equipamentos como notebooks, Handhelds etc.Saída de RF com antena interna para os modelos PCMCIA e com antena externa para os modelos PCI. Potência de saída regulávelWEP de 40 e 128 bits

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Exemplo de Rede e seus componentes

Conforme limitações apresentadas: Hub com máximo de 8 portas

Hub disponibiliza 11Mbps máximo para o servidor →limitação da Bridge(802.11b)Todos esses equipamentos

dividem a capacidade máxima do AP1 (11Mbps para 802.11b)



Aspectos de propagação indoor

Ao se planejar uma rede wireless em um ambiente indoor, deve se levar em consideração uma série de fatores:

Topologia da redeNúmero de APsPosicionamentos dos APsTráfego/Capacidade

Fatores relacionados à propagação:Diversidade de antenasInterferências

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Topologia

Existem dois tipos básicos de topologia de WLAN:Topologia Peer-to-peer (ou ad hoc)Estações de trabalho, munidas de placas de comunicação wirelessestabelecem comunicação entre si.

Topologia Infra-estruturaEsta configuração consiste em um Access Point que estabelece comunicação com um conjunto de estações de trabalho.

Configuração UnicelularConfiguração com Superposição celularConfiguração MulticelularConfiguração Multi-hop



Topologia Peer-to-peer

Não necessita de Access Point para que se estabeleça comunicação entre estações de trabalho. Estas se comunicam entre si, permitindo compartilhamento de arquivos e eventualmente impressoras, acopladas a alguma das estações.

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Topologia com Infra-estrutura

Este tipo de topologia é constituída por um conjunto de estações de trabalho que se comunicam diretamente com um Access Point, que por sua vez, funciona como uma ponte entre estas estações e uma rede cabeada.



Configuração Unicelular

Se baseia em um único Access Point que provê acesso à rede a todos os usuários em uma determinada área.

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Configuração com superposição celular

Possui mais de um Access Point, cujas suas células de cobertura apresentam leves sobreposições.



Configuração Multicelular

Também possui mais de um Access Point, mas posicionados no mesmo local, de modo a gerarem áreas de cobertura totalmente sobrepostas.

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Configuração Multi-hop

Possui um par de Access Point e Workgroup Bridge (WB), onde a última tem a função de expandir a área de cobertura da rede.



Diversidade de antenas

Em ambientes em que não se espera que haja muito efeito de multipercursos, uma única antena pode prover bons resultados de cobertura.

Entretanto, em casos onde o sinal estiver sujeito ao efeito de multipercursos, é recomendável a utilização de uma segunda fonte de irradiação.

Maior estabilidade do sinal recebido

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Aspectos de segurança

A percepção do mercado para as soluções de WLANainda é que existem grandes problemas de segurança.

Algumas das opções disponíveis são:

Criptografia (WEP)Filtragem por endereço MACAutenticação RADIUSVPNs, chaves dinâmicas etc.



SSID (Service Set Identifier)

1.

2.

3.

4. 2.

Access Point ASSID= 050114v

Ethernet Backbone

Access Point BSSID= 050114v

1. Cliente envia “solicitação”2. AP responde à solicitação

Cliente avalia as “respostas” e escolhe o melhor AP3. Cliente Envia pedido de Autenticação4. AP confirma a autenticação e registra o cliente5. Cliente envia pedido de Associação6. AP confirma pedido de Associação

7. Cliente está Associado àWLAN e pode fazer roamingpela rede

ClienteSSID= 050114v

7.

5.

6.

Segurança baixa – Deve-se ao menos trocar o SSID padrão do equipamento

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SSID broadcasting

1.

2.

3.

4. 2.

Access Point ASSID= 050114v

Ethernet Backbone

Access Point BSSID= 050114v

5.

Segurança baixa – Deve-se ao menos trocar o SSID padrão do equipamento

1. Cliente envia “solicitação”2. AP responde à solicitação com SSID

Cliente avalia as “respostas” e escolhe o melhor AP3. Cliente Envia pedido de Autenticação4. AP confirma a autenticação e registra o cliente

5. Cliente está Associado àWLAN e pode fazer roamingpela rede



Filtragem por endereço MAC

Segurança limitada

Access PointSSID= 050114v

ClienteSSID= 050114vMAC= 10005A0059910



Endereços MAC permitidos:10005A0059910 = Permitido10005A0053905 = Permitido

Ethernet Backbone

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WEP (Wired Equivalent Privacy)

Média – Mas pode ser quebrada por hackers

WEP keys:1 = 362FA236CD2 = 8743AE42993 = Vazio4 = Vazio

Ethernet BackboneWEP keys:1 = 362FA236CD2 = 8743AE42993 = 57683CD223

4 =Vazio

Tanto clientes como APs podem ter até 4 WEP keys associadosAs WEP keys entre APs e clientes devem ser iguais para que possa haver associaçãoWEP utiliza cripptografia RC4Existem dois tipos de implementação: Open Authentication e Shared key Authentication



Tipos de WEP

Open Authentication – Após autenticação, o AP inicia a transmissão de dados já criptografados. Se o cliente não tiveras chaves corretas, não conseguirá descriptografar os dados.

Shared key Authentication - Após autenticação, o clienteenvia pacotes de teste para o AP, que o criptografa e devolve ao cliente. O cliente só é associado ao AP se conseguirdescriptografar os pacotes de teste e informá-lo ao AP.

Shared key é menos seguro que Open Authentication,

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Interferência

Em razão da faixa de 2,4 GHz não necessitar de autorizaçãojunto a orgãos reguladores, a utilização desta faixa tornou-se popular nos últimos anos, por uma série de tecnologias:

WiFi (IEEE 802.11)Bluetooth (IEEE 802.15)Telefones sem fio

Estes equipamentos causam interferências uns nos outros. Outros equipamentos como fornos de microondas tambémpodem causar interferências.



Interferências Inter-sistêmicas

BluetoothFaixa: 2400 MHz a 2485 MHzPotência: depende do equipamento (varia entre 0 e 5 dBm)Duração: depende dos dados transmitidos

Fornos de MicroondasFaixa: 2450 MHz a 2458 MHz Potência: 18 dBm a aproximadamente 3 metrosDuração: pulsos de aproximadamente 10 µs de duração

A probabilidade de colisão de pacotes WLAN x Bluetooth varia de 48% a 62%.Fornos de microondas devem estar a 20 metros de distância de equipamentos

de WLAN.

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Redução de Interferência

Existem diferentes maneiras de se minimizar interferências entre sistemas e dispositivos:

Planejamento de freqüência (intra-sistêmicas)Planejamento de coberturaUtilização de técnicas de espalhamento de espectro



Redução de Interferência (Planejamento de freqüência)

O espectro de freqüência do padrão IEEE 802.11 (nos E.U.A, Canadá e Brasil entre outros) é divido em 11 canais de 22 MHz superpostos (apenas 3 canais não apresentam superposição)

2400[MHz]

2412 2483,52437 2462

canal 1 canal 6 canal 11

22 MHz 2462 MHz11

2457 MHz10

2452 MHz9

2447 MHz8

2442 MHz7

2437 MHz6

2432 MHz5

2427 MHz4

2422 MHz3

2417 MHz2

2412 MHz1

Freq. CentralID do canal

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Redução de Interferência (Planejamento de cobertura)

Um bom planejamento de cobertura implica em limitar as áreas de cobertura de dispositivos que utilizam as mesmas faixas de freqüência. Isto é mais evidente quando se tratam de dispositivos do mesmo sistema.

6

1

11

6

6

1 Exemplo de um bom planejamento de cobertura e freqüência de uma WLAN.



Redução de Interferência (Técnicas de espalhamento)

Dentre as técnicas de espalhamento de espectro utilizadas pelo padrão 802.11, podemos citar:

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

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Aspectos de tráfego

O througput (vazão) total gerado em uma área é dado pela soma dos througput gerados por cada usuário, portanto a capacidade permitida do AP deve ser maior que este valor estimado:

Valores usuais de tráfego gerado por usuário são:

througput Point Access usuários dos médio througput ssimultâneo usuários de médio Número APsde Número ⋅

=

123060100 kbits/usuárioWeb, EmailAcesso público

4 a 910 a 2020 a 40150 kbits/usuário

a300 kbits/usuário

Web, Email, Transferência de arquivos

Corporativo

2 Mbps5,5 Mbps11 Mbps

Número de usuários simultâneosTráfego médioAplicaçãoAmbiente



Modelos de propagação em ambientes indoor

Existem dois tipos de modelos de propagaçãoutilizados em ambientes indoor:

Modelos teóricos ou determinísticosModelos empíricos

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Modelos teóricos

Os modelos teóricos não possuem nenhum tipo de ajuste experimental, sendo baseados somente em análise teórica. Ex: Modelos baseados em traçado de raios

Modelos de 2 raiosModelo de 6 raiosModelo de 10 raios, etc.



Modelos teóricos (Modelo de 6 raios)

São levados em consideração 6 possíveis caminhos de raios provenientes do transmissor em direção aoreceptor:

θ1 θ1

hr

ht

θ2 θ2

Raios 1 e 2

Raios 3 e 4

Raios 5 e 6

W

d

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Modelo Log-distance

A partir de estudos, demonstrou-se que a perda de propagação obedece a uma lei de formação, de acordo com a variação com a distância percorrida pelo sinal.

onde valores típicos de n e de σ são tabelados na literatura, de acordo com o tipo de ambiente e freqüência.

σXdnLL ototal +⋅⋅+= )log(10



Modelo ITU P. 1238-2

O modelo descrito a seguir foi desenvolvido pelo ITU-R, para predição de sinais na faixa de freqüências entre 900 MHZ e 100 GHz em ambientes interiores. Este considera os seguintes parâmetros (incorporados) em sua modelagem matemática:

Reflexão e difração em objetos fixosTransmissão através de paredes, pisos e outros obstáculos fixosConfinamento da energia em corredoresPessoas e objetos em movimento

20



Modelo ITU P. 1238-2 (cont.)

Modelagem matemática:

onde:f – Freqüência de operação [MHz]n – Coeficiente de atenuação em relação à distânciad – Distância percorrida [m]kf – Número de pisos (andares) atravessados (n > 0)Lf – Coeficiente de atenuação por piso atravessado [dB]

28)()log()log(20 −+⋅+⋅= fftotal kLdnfL

223028Coeficiente (n)

6 + 3·(kf – 1) 15 + 4·(kf – 1) 4·kfCoeficiente (Lf )

ComercialEscritórioResidencialTipo do ambiente



Modelo COST 231 Keenan e Motley

Este modelo é o modelo mais completo para predição de sinais em ambientes interiores e exteriores, em razão da quantidade de parâmetros de entrada:

onde:L0 – Perda de propagação a um metro da antena irradiante [dB]d – Distância percorrida pelo sinal [m]n – Coeficiente de propagaçãoLf,i – Perda de propagação do sinal através do piso i [dB]kf,i –Número de pisos com a mesma característicaLw,i – Perda de propagação do sinal através da parede j [dB]kw,i – Número de paredes com a mesma característicaI – Número de pisos atravessados pelo sinalJ – Número de paredes atravessadas pelo sinal

∑∑==

⋅+⋅+⋅⋅+=J

jiwiw

I

iififtotal LkLkdnLL

1,,

1,,0 )log(10

21



Modelo COST 231 Keenan e Motley (cont.)

A tabela a seguir apresenta valores adquiridos por meio de medições pelo órgão de estudos European COST 231:

15 a 3613 a 172 a 13Parede com janela (valor exato depende da razão entre área de janelas e de concreto)

15132Vidraça

361713Concreto espesso (sem janelas)

5,2 GHz2,4 GHz1,8 GHzObstáculo



Modelo COST 231 Multi-wall

O modelo Multi-Wall foi criado baseado no modelo de propagação COST 231 Keenan e Motley, aplicando uma distribuição não linear a atenuação por múltiplos pisos:

onde:L0 – Perda de propagação a um metro da antena irradiante [dB]d – Distância percorrida pelo sinal [m]n – Coeficiente de propagaçãoLf – Perda de propagação do sinal através do piso i [dB]kf –Número de pisos com a mesma característicaLw,i – Perda de propagação do sinal através da parede j [dB]kw,i – Número de paredes com a mesma característicab – Fator de correção da atenuação dos pisosJ – Número de paredes atravessadas pelo sinal

∑=

−

+

+

⋅+⋅+⋅⋅+=J

jiwiwf

bLL

ftotal LkkLdnLL f

f

1,,1

2

0 )log(10

22



Caracterização do canal rádio

O comportamento de um sinal no canal rádio pode ser dividido em três principais componentes:

Dependência com a distância (a)Variabilidade de larga escala (b)Variabilidade de pequena escala (c)

(a) (b) (c)

d-γ+ +



Dependência com a distância

Qualquer sinal tem seu nível de potência atenuado à medida que se propaga no canal. Este fato se dá, devido ao espalhamento do sinal no espaço, reduzindo a sua densidade de potência.

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Variabilidade de Larga Escala

A variabilidade de larga escala, também conhecida como sombreamento, implica em flutuações do nível de potência do sinal em torno do seu valor médio, em razão das características do relevo e da morfologia do ambiente.

( ) ( )

:10Log(x)yLinear escalaEm :Logarítimaescala Em

−

=

−−

=

=

2

2

0

2 2

lnexp

21

2exp

21)(

σπσσπσ

xy

yYpxxXp yx



Variabilidade de Larga Escala (cont.)

Para uma melhor visualização do efeito, faz-se um gráfico normalizado em relação à distância (nível de potência estável em relação à distância), para que possa se notar a variabilidadede larga e pequena escala.

Distância entre TX-RX

potê

ncia

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Variabilidade de Pequena Escala

A variabilidade de pequena escala, conhecida como multipercursos, é causada por raios provenientes de um transmissor que chegam ao receptor por caminhos diferentes.

Distância entre TX-RX

potê

ncia



Perda de penetração

As perdas de penetração são extraídas de medições que contemplam diversos efeitos de propagação como reflexão múltipla e difração.

A tabela ao lado apresenta valores de perda de penetração medidos (pelo European COST 231):

20 a 25Piso/Teto muito espesso

15 a 20Piso/Teto espesso

20 a 25Parede muito espessa (aprox. 30 cm)

15 a 20Parede espessa (aprox. 15 cm)

10Parede média (madeira)

5 a 8Parede fina (madeira)

5 a 8Janela (tinta metálica)

3Janela (tinta não metálica)

0Espaço Livre

Perda[dB]Obstáculo

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Perda de penetração (cont.)

Outras considerações importantes são:Obstáculos metálicos sólidos refletem grande parte do sinal incidente, impedindo a propagação através deste.Obstáculos sólidos de madeira, plástico e feitos de tijolos refletem uma parte do sinal e permitem que uma parcela deste seja transmitido através.Água e objetos úmidos tendem a absorver uma grande parte do sinal incidente.

Estas observações são válidas para obstáculos sólidos, pois a reflexão de um sinal em um objeto depende do comprimento de onda do sinal incidente e da largura do obstáculo.



Multipercursos

O efeito de multipercursos é causado por três fenômenos: a reflexão, a difração e o espalhamento. Estes fenômenos permitem que um sinal atinja um destino por diferentes percursos, além doraio direto (LoS – Line of Sight), quando este existe.

X

26



Multipercursos (cont.)

Reflexão (a)Difração (b)Espalhamento (c)

(a) (b) (c)



Comportamento do sinal

separação entre antenas transmissora e receptora [m]

potê

ncia

do s

inal

[dB

m]

n1 = 1,43

n2 = 4,29

ponto de quebra em d = 115 m

A composição de todos os efeitos combinados afetam a propagação de um sinal, de modo que um sinal típico pode ser caracterizado por:

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Testes de propagação

Testes de propagação, comumente chamados de survey tem a função de auxiliar no projeto de uma rede wireless, na definição dos parâmetros já comentados. Para estes testes, são importantes:

Plantas do local vistoriadoEquipamento e Software de mediçãoEquipamentos para simulação de cobertura



Testes de propagação específicos

Testes de propagação específicos são importantes para conceber modelos de propagação. Entre eles, podemos citar:

Teste de LoSTeste de LoS em corredor estreitoDifração em bordasAtenuação por obstáculos (paredes, portas etc.)Movimento de pessoas

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Testes de propagação específicos(cont.)

Todas as medidas efetuadas neste trabalho têm como objetivo caracterizar o canal rádio em 2,4 GHz para WLANS. Para tal, assumimos as mesmas condições para todas as medidas:

Um único AP para isolar a fonte de irradiação em um único ponto

Utilização do notebook (equipamento de medição) na posição horizontal

AP com as antenas fazendo ângulo reto com o solo



Equipamentos utilizados nos testes

Acces Point: Modelo: Cisco, AIR-AP350 SERIESFreqüência: 2,4GHz DSSSThrougput máximo: 11MbpsPotência máxima (regulável): 100 mW, 50 mW, 30 mW, 20 mW, 5mW e 1 mW

Client Adapter:Modelo:Cisco, AIR-PCM350 SERIESFreqüência: 2,4GHz DSSSThrougput máximo: 11MbpsPotência máxima (regulável): 100 mW, 50 mW, 30 mW, 20 mW, 5mW e 1 mWSensibilidade: -45 dBm(potências maiores que -45 dBm não são apresentadas)Limiares: 11 Mbps: -85 dBm

5,5 Mbps: -89 dBm2 Mbps: -91 dBm1 Mbps: -94 dBm

Software de medição: Cisco Aironet Client Utility

Notebook: Toshiba Satellite

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Teste de LoS

Objetivo: Este teste serve para definir a perda do sinal em relação à distância.

Procedimento: Posiciona-se o AP em um local em que o raio direto esteja desobstruído e varia-se a distância de medição.



Teste de LoS (cont.)

Teste de LoS em corredor (PUC-Rio, Prédio Cardeal Leme 3º piso)

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Distância [m]

Potê

ncia

rec

ebid

a [d

Bm

]

Potência 20 mW Potência 50 mW

Comprimento: 95,0 m ; Largura: 3,0 m

30



Teste de LoS (cont.)

separação entre antenas transmissora e receptora [m]

potê

ncia

do s

inal

[dBm

]

n1 = 1,43

n2 = 4,29

ponto de quebra em d = 115 m



Teste de LoS em corredor estreito

Objetivo: Este teste serve para definir a perda do sinal em relação à distância, sob alto efeito de multipercursos.

Procedimento: Posiciona-se o AP em uma extremidade de um corredor estreito e reto, de modo que o raio direto fique desobstruído até a outra extremidade, mas que haja um alto índice de raios refletidos de potência significativa.

31



Teste de LoS em corredor estreito(cont.)

Corredor 1

Corredor 2

Teste de LoS em corredor estreito (PUC-Rio, Prédio Kennedy 7º piso - CETUC)

Comprimento: 40,0 m ; Largura: 1,2 m



Teste de LoS em corredor estreito(cont.)

-75---35,2

-73-79--30,0 / 30,8*

-79-79-81-26,4

-74-74-74-8722,0

-68-63-63-7817,6

-61-60-74-7313,2

-63-63-67-798,8

-61> -45-61-644,4

5 mW (7 dBm)10 mW (10 dBm)5 mW (7 dBm)1 mW (0 dBm)

Corredor 2Corredor 1

Potência recebida [dBm]Distância

[m]

* a distância de 30,0 m é referente às medidas do corredor 1, enquanto 30,8 m é referente ao corredor 2.

Os resultados apresentam as mesmas características de teste de LoS em corredos largo, mas com a perda em relação à distância um pouco mais acentuada:

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Teste de difração em bordas

Objetivo: Mensurar a perda de penetração do sinal a atravessar uma pequena parcela do obstáculo.

Procedimento: Posiciona-se o AP próximo a uma “esquina” ou “curva” de uma parede, e varia-se a posição do receptor na outra face do obstáculo.



Teste de atenuação em obstáculos

Objetivo: Mensurar a perda de penetração do sinal a atravessar diferentes tipos de obstáculos.

Procedimento: Posiciona-se o AP de frente a uma face de um obstáculo e efetuam-se medições imediatamente antes e após o sinal atravessar o obstáculo. Em caso de poder mover o obstáculo, esta medida se torna mais confiável.

33



Teste de atenuação em obstáculos(cont.)

4 a 8 dB50,0 mmLisaGesso

13 a 19 dB150,0 mmLisaCimento + Tinta

Aberta/FechadaVidro com persiana

2 a 4 dB/

0 a 1 dB5,0 mm

Próximo/Distanteda esquadria

metálicaVidro

Janela

17 a 24 dB200,0 mmRugosaCimento + Tinta

8 a 14 dB100,0 mmLisaGesso

2 a 4 dB35,0 mmLisaMadeira (divisória)

Parede

19 a 23 dB41,0 mmOcaMetal

5 a 9 dB53,0 mmAglomeradoMadeira

1 a 3 dB35,0 mmAglomeradoMadeira

Porta

PerdaadicionalEspessuraCaracterística

Material de composição

(predominante)Obstáculo



Perda de penetração (paracomparação)

Conforme apresentado anteriormente, a tabela ao lado apresenta valores de perda de penetração medidos (pelo European COST 231):

20 a 25Piso/Teto muito espesso

15 a 20Piso/Teto espesso

20 a 25Parede muito espessa (aprox. 30 cm)

15 a 20Parede espessa (aprox. 15 cm)

10Parede média (madeira)

5 a 8Parede fina (madeira)

5 a 8Janela (tinta metálica)

3Janela (tinta não metálica)

0Espaço Livre

Perda[dB]Obstáculo

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Movimento de pessoas

Objetivo: Mensurar a variação e estabilidade do sinal recebido quando existe obstrução do raio direto por obstáculos móveis.

Procedimento: Posiciona-se o AP e o equipamento medidor em posições fixas e que o sinal seja estável, e simula-se a movimentação de pessoas obstruindo o raio direto entre eles.



Movimento de pessoas (cont.)

6 a 12 dB2 ou mais

4 a 8 dB1

Perda médiaNúmero de pessoas em movimento

Os resultados foram muito próximos aos sugeridos pelo ITU (ITU P. 1238-2), que é de 8 a 10 dB para 2,4 GHz.

35



Teste de cobertura geral

Objetivo: Neste caso, o AP é posicionado em um ponto qualquer e são efetuadas medidas ao longo de todo ambiente para verificar os efeitos que possam influenciar a propagação do sinal em cada tipo de ambiente (indoor).

Procedimento: Posicionar o AP em um local fixo e efetuar medições no interior de todo o ambiente em que este está instalado.



Teste de cobertura geral (cont.)

-76

> -45

-79

-72

-60

-52

AP1

AP2

-75-72

-79

-58

-54 -54-50

-64

-80

-60

-53

-63 -58 -54

> -45

> -45 -60

-72

-70

-81

Regiões de handoff

AP1→ AP2

AP1→ AP2

AP2→ AP1

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Modelo Ajustado

Baseando-se no modelo COST 231 Keenan e Motley:

A partir das medidas efetuadas e apresentadas, definiu-se:Perda de propagação a um metro da antena (L0):

Coeficiente de propagação (n):

∑∑==

⋅+⋅+⋅⋅+=J

jiwiw

I

iififtotal LkLkdnLL

1,,

1,,0 )log(10

48 a 62 dB-48 a -62 dBmIndoor (corredor largo)

45 a 47 dB-45 a -47 dBmIndoor (corredor estreito)

L0Potência recebida a

1 metroAmbiente

2,3Indoor (corredor largo)

2,5Indoor (corredor estreito)

nAmbiente



Metodologia de projeto

O processo de planejamento pode ser dividido em 5 fases:

Definição das necessidades dos usuáriosMapeamento de uma possível rede existentePlanejamento de coberturaPlanejamento de capacidadePlanejamento de freqüência

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Metodologia de projeto (cont.)

A definição das necessidades dos usuários envolve:

Regiões a serem cobertasNúmero médio de usuáriosTaxas de transmissão mínima (por usuário)Requisitos de segurançaCusto máximo do projeto




O mapeamento de uma possível rede existente é importante para:

Mapear passagens de caboIdentificar posições de ligação com a rede EthernetIdentificar posições de ligação de energia

Mínimo de modificações no ambiente

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O planejamento de cobertura envolve:

Cálculos de Link BudgetMedidas de campoEscolha dos equipamentos e antenas externas

Isolar áreas de cobertura que utilizam canais próximos (conforme apresentado antereiormente)




O planejamento de capacidade consiste em:

Descobrir o número médio de usuário simultâneos sob a área de cobertura de cada AP.

Projetar o througput médio por usuário, de acordo com suas aplicações (de acordo com tabela apresentada anteriormente).

Conferir a necessidade de mais APs

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Planejamento de freqüência

O planejamento de freqüência tem o objetivo de reduzir interferências intra-sistêmicas, conforme apresentado anteriomente.



Software de testes

Conforme comentado neste trabalho, para um bom planejamento de uma WLAN, são necessários estudos no local de implantação.

Para tal, é interessante a utilização de softwares com a capacidade de prover predições e auxiliar as medições durante o processo.

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Características gerais

WLAN Walktest

Desenvolvido em Microsoft Visual Basic 6.0Permite marcação de pontos de medidas sobre mapasEfetua predição de cobertura sobre mapas(com os modelos de propagação descritos)Importação de mapas no padrão Metafile (.EMF, .WMF)Exportação de dados de projeto para Microsoft Excel(para auxiliar predição e comparação com medidas)Atributos gráficos: definição de escala, criação de obstáculos, zoom, etc.



Exemplo de utilização em survey

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Exemplo 1 de cálculo de cobertura



Exemplo 2 de cálculo de cobertura

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Referências Bibliográficas (1)[1] Vagner Sacramento, “WLAN-802.11.pdf”, Departamento de Informática – PUC-Rio. (www-di.inf.puc-rio.br/~endler/courses/Mobile/transp/WLAN-80211.pdf)

[2] Eduardo Prado, Apresentação do Seminário WLAN - Wireless Local Area Network, 21 de maio de 2003 - RIOSOFT

[3] “Understanding Wi-Fi.pdf”, HP. (www.hp.com/sbso/wireless/images/understandingWiFi.pdf)

[4] Jim Zyren e Al Petrick, “IEEE 802.11 Tutorial”, 1999

[5] “[Wireless LAN] INFO - WLANs são inseguras?”. (www.cisco.com.br)

[6] Datasheet do Acces Point Cisco 350 Series (www.cisco.com)

[7] Tim Cox, “Education Wireless Solution”, 2002 (www.cisco.com)

[8] “FHSS”. (www.sss-mag.com/ss01.html#other)

[9] “DSSS”. (www.sss-mag.com/ss01.html#other)

[10] “OFDM”. (www.sss-mag.com/ofdm.html)

[11] Holma H. and Toskala A., "WCDMA for UMTS: radio access for third generation mobilecommunications", John Wiley, 2000

[12] “BreezeNET PRO.11 Series Reference Guide”, Cat. No. 213026, 1998. (www.dateline.ru/download/manual/man-breezenet-pro-ref.pdf)

[13] Theodore S. Rappaport, “Wireless Communications-Principles & Practice”, Pretince Hall Inc, 1996



Referências Bibliográficas (2)

[14] Marcio Eduardo da Costa Rodrigues, “Técnicas de Traçado de Raios em Três Dimensões para Cálculo de Campos em Ambientes Interiores e Exteriores”, Disertação de Mestrado – PontificiaUniversidade Católica de Rio de Janeiro, 2000

[15] G.C. Hess, “Handbook of Land-Mobile Radio System Coverage”, Mobile Telecomunications Series –Artech House, 1998

[16] N. Amitay, “Modeling and computer simulation of wave propagation in lineal line-of sightmicrocell”, IEEE Trans. Vehic. Technol, 1992

[17] R. F. Rudd, “Indoor Coverage Considerations for High-elevation Angle Systems”, Aegis SystemsLimited, 2002

[18] Recommendation ITU-R P.1238-1, “Propagation data and prediction models for the planning of indoor radiocommunication systems and radio local area networks in the range 900 MHz to 100 GHz”, 1997 – 1999 – 2001

[19] Steve Shellhammer, “Overview of ITU-R P.1238-1 Propagation Data and Prediction Methods for Planning of Indoor Radiocommunication Systems and Radio LAN in the Frequency Band 900 MHz to 100 GHz”, Symbol Technologies, 2000

[20] Professor Gláucio Lima Siqueira, “Notas de aula do Curso de Canal de Propagação Rádio Móvel”, CETUC-PUC/Rio, 2002

[21] Michael Döhler, “An Outdoor-Indoor Interface Model for Radio Wave Propagation for 2.4, 5.2 and 60 GHz”, Msc Thesis – King’s College London, 1999

[22] Keenan J.M. and Motley A.J., “Radio Coverage in Buildings”, British Telecom TechnologyJournal, 1990

[23] COST 231, “Digital Mobile Radio Towards Future Generation Systems”, Final Report – EuropeanCommission, 1999

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Referências Bibliográficas (3)

[24] Daniela Laselva, “WLAN Indoor Radio Network Planning”, HUT Communications Laboratory, 2003

[25] N. Amitay, “Modeling and computer simulation of wave propagation in lineal line-of sight microcell,” IEEE Trans. Vehic. Technol., Vol VT-41, No. 4, pp 337-342, Nov. 1992

rabl 3 wlan - puc-rio

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