Guilherme Marques Mattos Redes de Acesso em Banda Larga utilizando Sistemas VSAT e WiFi Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da PUC-Rio. Orientador: Prof. Luiz A. R. da Silva Mello Rio de Janeiro Abril de 2006
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Guilherme Marques Mattos
Redes de Acesso em Banda Larga utilizando Sistemas
VSAT e WiFi
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da PUC-Rio.
Orientador: Prof. Luiz A. R. da Silva Mello
Rio de Janeiro Abril de 2006
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Guilherme Marques Mattos
Redes de Acesso em Banda Larga
Utilizando Sistemas VSAT e WiFi
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica do Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Prof. Luiz Alencar Reis da Silva Mello
Orientador
Centro de Estudos em Telecomunicações - PUC-Rio
Prof. Erasmus Couto Brazil de Miranda
UCP
Profa. Marlene Sabino Pontes
Centro de Estudos em Telecomunicações - PUC-Rio
Prof. Rodolfo Sabóia Lima de Souza
Centro de Estudos em Telecomunicações - PUC-Rio
Prof. José Eugenio Leal
Coordenador Setorial do Centro
Técnico Científico - PUC-Rio
Rio de Janeiro, 12 de abril de 2006
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Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.
Guilherme Marques Mattos
Engenheiro de Telecomunicações graduado pela Universidade Federal Fluminense – UFF em 2003. Cursou a Pós-Graduação em Redes de Computadores pela PUC/RJ, tendo concluído a especialização em 2004 com trabalho final voltado para o estudo de aplicações VoIP em redes via satélite. Atualmente, é Especialista Satélite pela Star One/Embratel/Telmex, onde desenvolve atividades de coordenação e gerência de projetos especiais na área de engenharia da empresa.
Ficha Catalográfica
CDD: 621.3
Mattos, Guilherme Marques
Redes de acesso em banda larga utilizando sistemas
VSAT e WiFi / Guilherme Marques Mattos; orientador: Luiz
A. R. da Silva Mello. – Rio de Janeiro: PUC, Departamento
de Engenharia Elétrica, 2006.
172 f. : il. ; 30 cm
Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia
Satélite. 5. 802.11. 6. Metodologia. 7. Projeto. I. Mello, Luiz
A. R. da Silva II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro. Departamento de Engenharia Elétrica. III. Título.
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Aos meus sempre amados pais, Raimundo José e Maria de Fátima, por toda dedicação, apoio, confiança e coragem passadas durante os momentos difíceis enfrentados na
realização deste curso e trabalho.
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Agradecimentos
Ao meu Orientador Professor Silva Mello, M.Sc. pelo estímulo, dedicação e
parceria para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos meus colegas do Curso de Mestrado em Eletromagnetismo Aplicado da
PUC-RJ pelo companheirismo presente durante os estudos.
À todos aqueles com os quais convivo no ambiente da StarOne/Embratel e que
muito contribuem no meu conhecimento.
Aos meus queridos pais Raimundo José e Maria de Fátima, pela educação,
amor, motivação, carinho e atenção em todos os momentos.
Aos meus irmãos Patrícia e Gustavo pela paciência e auxílio na compreensão
de alguns textos em línguas estrangeiras.
À minha querida namorada Ellen e sua mãe Solange pela compreensão, amor
e o constante apoio prestados durante o desenvolvimento deste trabalho.
À todos os amigos que de uma forma ou de outra me estimularam ou me
ajudaram.
Ao CCE, à PUC-RJ e seus professores pelo profissionalismo e conhecimento
passados durante todo o curso.
Mas acima de tudo à Deus, que me deu plena força para enfrentar as
dificuldades durante todo o curso e ao qual me apoiei e busquei abrigo quando
me foi preciso, e nunca me faltou.
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Resumo
Mattos, Guilherme Marques. Redes de Acesso em Banda Larga
utilizando Sistemas VSAT e WiFi. Rio de Janeiro, 2006. 172p.
Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Elétrica, Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro.
As Redes de Acesso em Banda Larga utilizando Sistemas VSAT e WiFi
são uma forma de atender à demanda por informação a todo tempo e lugar;
demanda esta que tem se tornado a grande mudança nos últimos tempos no meio
das Telecomunicações. O acesso à informação passa a ser exigido nas mais
longínquas localidades, onde a infra-estrutura terrestre se mostra quase que
totalmente ausente. Aí se enquadram as redes VSAT (Very Small Apperture
Terminal) que permitem este acesso através de uma rede via satélite capaz de
oferecer cobertura à grandes dimensões geográficas. Da mesma forma, a
informação precisa ser obtida a todo tempo, e desta maneira, as redes WiFi se
apresentam como a forma com que o usuário pode ter a informação mesmo
enquanto aguarda seu vôo no saguão de um aeroporto, ou enquanto desfruta de
um jantar em um restaurante, ou no caso de corporações que procuram agilizar a
difusão dos dados entre seus profissionais através da mobilidade. Este trabalho
procura portanto, estudar as características dos sistemas e da propagação das
ondas rádio para as redes VSAT em banda Ku e Wi-Fi (Wireless Fidelity) nas
faixas de 2,4GHz e 5,2GHz em ambientes abertos (outdoors) e fechados
(indoors); propor o desenvolvimento de uma metodologia de planejamento de
projeto de redes VSAT-WiFi e sua aplicação em um caso prático, o que permite
a conclusão de que um correto planejamento de projeto deve ser executado para
que resultados eficientes e de qualidade possam ser alcançados.
Palavras-chave
VSAT;WiFi;satélite;802.11; metodologia;projeto
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Abstract
Mattos, Guilherme Marques. Broadband Network Access using VSAT
and WiFi Systems. Rio de Janeiro, 2006. 172p. MSc. Dissertation –
Electric Engeneering Department, Pontifícia Universidade Católica do Rio
de Janeiro.
Broadband Network Access using VSAT and WiFi Systems are one way
to attend the demand for information in every time and place; where this
demand, has been turning into a big change in Telecomunications’ field. The
access to information starts to be required in the farthest places, where the
terrestrian infra-estructure shows itself almost totally missed. It´s included the
VSAT networks (Very Small Apperture Terminal) that offer access for
information through a capable satellite network that gives coverage to huge
geographic areas. By the same way, the information has got to be gathered at any
time and this way, WiFi networks shows itself as the way the user can obtain
information, even if while waiting his flight at the airport, or while enjoying a
dinner in a restaurant, or in the case of corporations making faster the data
sending among their professionals through mobility. The goals of this
dissertation are the study of systems characteristics and propagation of the radio
waves for the VSAT (Ku band) and Wi-Fi (Wireless Fidelity) networks (2,4GHz
and 5,2GHz) in outdoors and indoors areas; the development of a methodology
to planning projects for VSAT-WiFi networks and its application in a study case
that permits a conclusion of a correct project planning must be done to efficient
and good results can be reached.
Keywords
VSAT;WiFi;satellite;802.11; metodology;project
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Sumário
Introdução 15
2 Sistemas via Satélite 17
2.1 Lançamento de um satélite 19
2.2 Componentes de um satélite 20
2.3 Principais órbitas para operação 23
2.4 Faixas de frequências operacionais 25
2.5 Histórico das comunicações via satélite 27
2.6 Sistemas VSAT 30
2.6.1 Componentes de um sistema VSAT 32
2.6.2 Principais técnicas de acesso 33
2.6.3 Aplicações das VSATs 37
2.6.4 Vantagens e desvantagens da tecnologia VSAT 37
3 Propagação em sistemas via satélite 39
3.1 Enlace de comunicação via satélite 39
3.2 Enlace de uplink 41
3.3 Terra-Espaço 47
3.4 Satélite 50
3.5 Espaço-Terra 51
3.6 Estação Terrena 52
4 Redes sem fio 59
4.1 Redes Locais 59
4.1.1 O padrão IEEE 802 59
4.2 Redes locais sem fio 60
4.2.1 Tecnologias wireless 61
4.2.2 Histórico das redes sem fio 62
4.2.3 Redes 802.11 63
4.2.4 Vantagens e desvantagens das redes sem fio para as cabeadas 64
4.2.5 Componentes de WLANs 66
4.2.6 Topologias de Wireless LAN 69
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4.2.7 Segurança em WLANs 74
4.2.8 Camada MAC 76
4.2.9 Camada Física 79
5 Propagação em redes WiFi 98
5.1 Caracterização do canal rádio 99
5.1.1 Dependência com a distância 99
5.1.2 Variabilidade de larga escala 101
5.1.3 Variabilidade de pequena escala 102
5.1.4 Espalhamento do retardo 103
5.1.5 Outros mecanismos e efeitos de propagação 105
5.2 Modelos de Propagação 108
5.2.1 Modelos Teóricos 108
5.2.2 Modelos Semi-empíricos 113
6 Metodologia de projeto e simulação de caso 118
6.1 Metodologia de projeto 118
6.1.1 Rede WiFi 119
6.1.2 Rede VSAT 120
6.2 Simulação 123
6.2.1 Estudo da Rede WiFi 125
6.2.2 Estudo da Rede VSAT 133
6.3 Premissas de tráfego da rede 134
6.4 Dimensionamento da rede 135
6.5 Dimensionamento de segmento espacial 136
6.6 Projeto de RF 154
6.7 Custos 155
6.8 Considerações 156
7 Conclusão 157
8 Referências bibliográficas 159
Glossário 163
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Lista de figuras
Figura 2.1 – Exemplo de footprint 18
Figura 2.2 – Exemplo satélite Boeing 376 18
Figura 2.3 – (a) Exemplo Boeing 601 (b) Exemplo Boeing 702 19
Figura 2.4 – (a) Plataforma de lançamento marítima 20
Figura 2.4 – (b) Exemplos de veículos lançadores 20
Figura 2.5 – Alguns componentes dos satélites 22
Figura 2.6: Diagrama em blocos básico do satélite 22
Figura 2.7: Diagrama em blocos básico do transponder 22
Figura 2.8: Esquema da Órbita Geoestacionária 24
Figura 2.9: Distribuição dos satélites GEO ao redor da Terra 25
Figura 2.10: Componentes de um sistema via satélite 26
Figura 2.11: Arquitetura convencional para redes VSAT 31
Figura 2.12: Topologia em Estrela 31
Figura 2.13: Estação Terrena ou Teleporto onde a HUB fica localizada 31
Figura 2.14: Componentes da rede VSAT 32
Figura 2.15: Componentes de um terminal VSAT 33
Figura 2.16: Rede VSAT DAMA/SCPC típica 36
Figura 2.17: Esquema de rede VSAT TDM/TDMA típica 37
Figura 3.1: Diagrama geral de um enlace satélite 40
Figura 3.2: Elementos de subida em uma Estação Terrena 40
Figura 3.3: Elementos básicos de um satélite de comunicação 40
Figura 3.4: Elementos de descida em uma Estação Remota 40
Figura 3.5: Níveis de potência no uplink 41
Figura 3.6: Curva de transferência de um amplificador do tipo TWT 43
Figura 3.7 – Ganho da antena 44
Figura 3.8 – EIRP em 14,25GHz 45
Figura 3.9 – Atenuação em espaço livre para satélites geo-estacionários 48
Figura 3.10 – Posição da estação terrena em relação ao satélite 48
Figura 3.11 – Perdas atmosféricas 49
Figura 3.12 – Influências sobre Ts de um sistema de recepção 53
Figura 3.13 – Temperatura de ruído troposférico 54
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Figura 3.14 – Temperatura de ruído versus atenuação por chuvas intensas 55
Figura 3.15 – Temperatura de ruído devido à presença do Sol 56
Figura 3.16 – G/Ts versus Ts para diversas antenas 57
Figura 3.17 – Figura de mérito para a faixa de 11,7GHz 58
Figura 4.1 - Relação entre os padrões IEEE 802 e OSI 60
Figura 4.2 – Access Point 66
Figura 4.3 – Antenas externas 67
Figura 4.4 – Wireless Bridge 68
Figura 4.5 – Workgoup Bridge 68
Figura 4.6 – Client Adapters 69
Figura 4.7 - Rede sem fio ponto-a-ponto 69
Figura 4.8 - Cliente e Ponto de Acesso 70
Figura 4.9 - Configuração com superposição celular 71
Figura 4.10 - Configuração Multi-Hop 71
Figura 4.11 - Utilização de Antenas Direcionais 72
Figura 4.12 – Topologia Infra-estrutura (configuração multicelular) 72
Figura 4.13 – Troca de quadros RTS/CTS 79
Figura 4.14 – Frequency Hopping Spread Spectrum 80
Figura 4.15 – Utilização do Chipping Code 81
Figura 4.16 – Influência do sinal interferente 81
Figura 4.17 – Sobreposição de canais DSSS 82
Figura 4.18 – Espectro das sub-portadoras OFDM 87
Figura 4.19 – Esquema de modulação 802.11b com CCK 90
Figura 4.20 – Canalização do padrão IEEE 802.11 no Brasil (2,4GHz) 97
Figura 5.1 - Perda mediana em relação à distância 100
Figura 5.2 - Representação do Ponto de quebra 100
Figura 5.3 - Variabilidades de pequena e larga escala 102
Figura 5.4 - Exemplo de Multipercurso em Ambiente Indoor 104
Figura 5.5 - Resposta para um Retardo por Espalhamento de 300 ns 104
Figura 5.6 - (a) Reflexão e Refração, (b) Difração, (c) Espalhamento 107
Figura 5.7 - Ilustração do modelo de 2 raios 110
Figura 5.8 - Reflexão em superfície rugosa (espalhamento) 111
Figura 5.9 - Ilustração do modelo de 6 raios (vista superior do ambiente) 112
Figura 6.1 – Metodologia de projeto VSAT-WiFi 123
Figura 6.2 – Distribuição das localidades 124
Figura 6.3 – Diagrama da rede VSAT-WiFi 124
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Figura 6.4 – Ambiente de escritório 126
Figura 6.5 – Cobertura AP1 127
Figura 6.6 – Cobertura AP2 127
Figura 6.7 – Cobertura AP3 128
Figura 6.8 – Canalização do padrão IEEE 802.11 no Brasil (2,4GHz) 131
Figura 6.9 – Parâmetros de uplink da Estação Master 137
Figura 6.10 – Parâmetros de downlink da estação remota 138
Figura 6.11 – Modelo de chuvas 139
Figura 6.12 – Características do satélite 140
Figura 6.13 – Características das portadoras 141
Figura 6.14 – Resultados (a) 142
Figura 6.15 – Resultados (b) 143
Figura 6.16 – Resultados (c) 144
Figura 6.17 – Resultados (d) 145
Figura 6.18 – Resultados (e) 146
Figura 6.19 – Parâmetros de uplink da Estação Remota 147
Figura 6.20 – Parâmetros de downlink da Estação Master 147
Figura 6.21 – Modelo de chuvas 148
Figura 6.22 – Características do satélite 148
Figura 6.23 – Características das portadoras 149
Figura 6.24 – Resultados (a) 149
Figura 6.25 – Resultados (b) 150
Figura 6.26 – Resultados (c) 151
Figura 6.27 – Resultados (d) 152
Figura 6.28 – Resultados (e) 153
Figura 6.29 – Exemplo de cobertura e dimensionamento das remotas 154
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Lista de tabelas
Tabela 2.1 - Classificação orbital versus distância em relação à Terra 25
Tabela 2.2 - Principais faixas de frequências 26
Tabela 3.1 – Tipos de amplificadores 43
Tabela 3.2 – Temperatura efetiva de ruído da antena para chuvas intensas 55
Tabela 3.3 – Temperatura da linha versus atenuação da linha 57
Tabela 3.4 – Valores típicos para Ts em 11,7GHz 58
Tabela 4.1 - Padrões de camada física e MAC 60
Tabela 4.2 – (a) Padrões de redes sem fio 61
Tabela 4.2 – (b) Padrões de redes sem fio 62
Tabela 4.3 – Resumo dos padrões IEEE 802.11 64
Tabela 4.4 – (a) Canais DSSS 81
Tabela 4.4 – (b) Canais DSSS 82
Tabela 4.5 - Comparativo entre DSSS e FHSS 83
Tabela 4.6 – Mapeamento na modulação PPM 85
Tabela 4.7 – Valores do campo rate 86
Tabela 4.8 – Configurações para o 802.11a 87
Tabela 4.9 – Canalização do 802.11a 88
Tabela 4.10 – Níveis de potência do 802.11a 89
Tabela 4.11 – Configurações para o 802.11b 90
Tabela 4.12 – Canalização do 802.11b 91
Tabela 4.13 – (a) Níveis de potência do 802.11b 91
Tabela 4.13 – (b) Níveis de potência do 802.11b 92
Tabela 4.14 – Resumo das configurações para os padrões 802.11 93
Tabela 4.15 – Canalização do padrão IEEE 802.11 no Brasil (2,4GHz) 97
Tabela 5.1 - Retardo por Espalhamento 105
Tabela 5.2 - Perdas de penetração em obstáculos em 2,4GHz 105
Tabela 5.3 - Coeficiente de atenuação 114
Tabela 5.4 - Coeficiente de atenuação por piso atravessado 115
Tabela 5.5 - Desvio padrão da distribuição log-normal 115
Tabela 5.6 - Valores do Fator de Penetração da Parede 116
Tabela 5.7 - Perdas de penetração em obstáculos 117
Tabela 6.1 – Resumo descritivo das atividades (a) 121
Tabela 6.1 – Resumo descritivo das atividades (b) 122
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Tabela 6.2 – Legenda dos ambientes 126
Tabela 6.3 – (a) Relação pontos x potência x distância ao AP1 128
Tabela 6.3 – (b) Relação pontos x potência x distância ao AP1 129
Tabela 6.3 – (c) Relação pontos x potência x distância ao AP2 129
Tabela 6.3 – (d) Relação pontos x potência x distância ao AP3 129
Tabela 6.4 – Valores usuais de tráfego médio de usuário 132
Tabela 6.5 – Premissas de tráfego 132
Tabela 6.6 – Distribuição das remotas 134
Tabela 6.7 – Dimensionamento de rede 135
Tabela 6.8 – Dados do satélite NSS7 136
Tabela 6.9 – Resultados consolidados 153
Tabela 6.10 – Custos estimados do projeto WiFi 155
Tabela 6.11 – Custos estimados do projeto VSAT 155
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15
Introdução
As corporações têm procurado atualmente otimizar a sua forma de
comunicação ao mesmo tempo em que reduzem os custos associados a
qualquer mudança nesse sentido. O avanço da tecnologia de comunicação sem
fio, por meio de ondas rádio, tem se apresentado bastante adequada pois é
capaz de oferecer baixo custo de implementação diante das soluções até então
empregadas por meio de cabos e conexões que, além disto, obrigam a
interrupção das atividades desenvolvidas pelos profissionais quando há
necessidade de deslocamento.
Além do ponto crucial que diz respeito ao custo, a mobilidade tem sido
alcançada muito facilmente por meio desta tecnologia, o que tem tornado mais
ágil o ambiente de trabalho. Esta mobilidade talvez represente o mais recente
passo no que se refere à liberdade tão desejada pelas pessoas, e há tempos
vem ocorrendo uma gradativa evolução através dos sistemas de acesso remoto,
via web, etc. Além das redes wireless, as redes celulares têm apresentado um
papel fundamental neste processo de mudança de conceito na troca de
informação, porém, ainda não atendem de forma completa à demanda por
comunicação de dados, com seu foco ainda voltado ao tráfego de voz.
Da mesma forma, o crescimento da tecnologia VSAT (Very Small
Apperture Terminal) que provê acesso local por meio de redes via satélite se
acelerou fortemente nos últimos anos, quando diversas redes baseadas neste
tipo de solução surgiram ao redor do mundo, inclusive no Brasil, onde a empresa
pioneira foi a Star One, do Grupo Embratel. O foco foi atender à demanda por
dados, voz e vídeo existente principalmente em localidades não servidas por
infra-estrutura terrestre, como é o caso do interior do país, onde existe um
grande número de fazendas, pousadas e cooperativas que necessitam de algum
tipo de acesso à Internet, por exemplo.
Este trabalho procura mostrar em seu segundo capítulo, uma visão geral
sobre a tecnologia VSAT introduzida recentemente no Brasil para acesso local
principalmente em áreas pouco urbanizadas. São abordadas também as
vantagens e desvantagens deste sistema, suas arquiteturas e componentes. No
mesmo capítulo, são apresentados alguns dos aspectos mais importantes para o
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16
planejamento de sistemas VSAT, como interferências, polarização, diversidade
de antenas, tráfego, etc.
O terceiro capítulo apresenta alguns dos principais modelos de
propagação usados para comunicações via satélite do tipo VSAT na faixa de
frequências denominada de banda Ku.
O quarto capítulo apresenta uma visão geral da tecnologia das redes
wireless, padronizadas segundo o 802.11 do IEEE, abordando suas vantagens e
desvantagens sobre as redes cabeadas convencionais, algumas discussões
sobre segurança, topologias e tipos de equipamentos envolvidos. É apresentado
ainda, alguns aspectos importantes para o planejamento de sistemas wireless,
como interferências, polarização, diversidade de antenas, tráfego, englobando as
camadas física e de enlace segundo o modelo OSI. Este capítulo procura
enfatizar as características mais importantes para ambientes indoor e outdoor.
O quinto capítulo apresenta alguns dos principais modelos de propagação
determinísticos e semi-empíricos, utilizados para ambientes abertos e fechados,
bem como uma caracterização do canal de rádio-propagação, que é a base para
compreender os efeitos previstos pelos modelos.
O sexto capítulo, principal contribuição do trabalho, apresenta uma
metodologia de projeto de redes VSAT-WiFi mostrando o passo-a-passo das
análises e tarefas necessárias para a realização de um bom projeto, desde o seu
planejamento de cobertura e dimensionamento de tráfego até sua implantação.
O capítulo é finalizado com uma simulação abordando questões práticas de um
projeto de uma rede VSAT-WiFi onde procurou-se aplicar todos os pontos vistos
neste trabalho.
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2 Sistemas via Satélite
Em sua definição, um satélite é um corpo físico que gira em torno de um
grande objeto, assim como a Lua (satélite natural) que gira em torno da Terra.
Existem também os satélites desenvolvidos por cientistas e engenheiros que
giram ao redor de nosso planeta realizando diversas tarefas.
Os satélites são portanto, dispositivos posicionados em algum lugar no
espaço e têm sua funcionalidade determinada de acordo com o tipo de aplicação
para o qual foram desenvolvidos. Assim, satélites militares têm como objetivos a
telecomunicação, observação, alerta avançado, ajuda à navegação, como o
GPS (Global Positioning System), e reconhecimento.
Já os satélites voltados ao meio científico, englobam os meteorológicos, os
de exploração do universo e os de coleta de dados da Terra, como exemplificado
anteriormente. Os meteorológicos visam a óbvia tarefa de identificação do clima,
possibilitando a prevenção de mortes por desastres naturais como furacões ou
tempestades. Já os de exploração do universo, têm seu alvo voltado justamente
para a exploração do espaço a fim de obter mais conhecimento da Terra, do
sistema solar e do universo como um todo. Já os de coleta de dados, visam a
elaboração de informações sobre fenômenos físicos, químicos e biológicos da
superfície da Terra e da atmosfera, através de uma gama infinita de sensores.
Por fim, os satélites de comunicação que são utilizados na transmissão de
informações (voz, dados e vídeo) por todo o mundo. Esses tipos de satélites
podem ter acessos múltiplos, isto é, servir simultaneamente a diversos usuários
de localidades ou mesmo de países ou continentes diferentes.
Independente do tipo de aplicação, o sinal encaminhado por um satélite
pode cobrir uma área restrita sobre a superfície da Terra, como por exemplo,
cobrir somente um determinado conjunto de ilhas na Indonésia. Há possibilidade
inclusive de se direcionar feixes distintos para localidades distintas também. A
área coberta por um satélite é também chamada de footprint, e é representada
de maneira bastante simplificada na Figura 2.1 [53].
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18
Figura 2.1 – Exemplo de footprint
A Figura 2.2 [53] mostra um tipo de satélite, o da empresa Boeing, modelo
376, que é utilizado principalmente para difusão de sinais de TV. A Família
Brasilsat (controlada pela operadora StarOne/Embratel), assim chamado o
conjunto de satélites brasileiros atualmente em órbita, utiliza este tipo de
artefato.
Figura 2.2 – Exemplo satélite Boeing 376
Outros tipos de satélite da mesma empresa são apresentados na Figura
2.3 [53], como o Boeing 601 e o Boeing 702, que são responsáveis pela difusão
de sinais de TV para terminais remotos com antenas de pequena abertura, tais
como as do serviço oferecido pela DIRECTV ou Sky. Além deste serviço, voz,
fax e dados trafegam por ele.
A título de curiosidade, um satélite como o Boeing 601 possui cerca de 4m
de altura quando compactado (stowed) e 26m quando em operação no espaço
(deployed), pesando aproximadamente 1.700Kg. Já os similares ao modelo 702,
medem 7m compactados, 40m em operação e pesando cerca de 3.000Kg.
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Figura 2.3 – (a) Exemplo Boeing 601 (b) Exemplo Boeing 702
2.1 Lançamento de um satélite
Um satélite é lançado por um veículo lançador que é levado ao espaço por
meio de foguetes. Poucos lugares no mundo são pontos de lançamento de
satélites, alguns exemplos são o Cabo Canaveral na Flórida, Kourou na Guiana
Francesa, Xichang na China e Baikonur no Cazaquistão. Os melhores lugares
para se lançar um satélite são próximos ou no próprio oceano pois se algum
acidente ocorrer, eles caem em água e não em terra.
Para se colocar um satélite em órbita, diversas companhias de diferentes
países precisam trabalhar juntas para que tudo esteja coordenado e o mais
imune possível a erros durante todo o processo de lançamento.
No lançamento, os foguetes carregam o satélite até o espaço quando
então se desprendem e o veículo lançador passa a direcionar os movimentos por
mais algum tempo. Em seguida, ele também se solta e os motores acoplados ao
próprio satélite passam a controlar sua posição, buscando colocá-lo em perfeita
órbita, o que leva vários dias. No momento em que o satélite se encontra em sua
posição definitiva, suas antenas e painéis solares se abrem e ele passa a entrar
em operação transmitindo e recebendo sinais.
As Figuras 2.4 (a) e (b) [53], mostram diversos tipos de veículos
lançadores.
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Figura 2.4 – (a) Plataforma de lançamento marítima
Figura 2.4 – (b) Exemplos de veículos lançadores
2.2 Componentes de um satélite
De uma forma mais técnica, podemos dizer que o satélite é uma estação
repetidora de sinais provenientes da Terra. Eles são compostos basicamente
por:
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Subsistema de propulsão
Inclui todos os motores responsáveis pelo posicionamento do satélite em
sua órbita. Os pequenos motores chamados de thrusters também auxiliam neste
processo, pois os satélites necessitam de constantes ajustes de posição devido
à presença dos ventos solares e das forças gravitacionais e magnéticas que os
tiram da posição correta. Por isso, comandos vindos de uma estação de controle
na Terra procuram atuar sobre esses pequenos motores.
Subsistema de potência
Gera e armazena a eletricidade em baterias, a partir da energia coletada
pelos painéis solares. Fornece potência para todos os demais subsistemas,
principalmente quando o Sol não está iluminando o satélite.
Subsistema de comunicação
Manipula todas as funções de transmissão e recepção de sinais vindos da
Terra. Aqui estão presentes as antenas e os chamados transponders. Estes
transponders são formados por um conjunto de componentes eletrônicos que
realizam processamentos com o sinal, tais como sua detecção, o ganho de
potência por meio do LNA (Lower Noise Amplifier), a filtragem, a translação de
freqüência e sua retransmissão. Um satélite geralmente é composto de vários
transponders que atuam como unidades independentes de repetição, cada um
ocupando uma faixa exclusiva de freqüências, sendo importante para aumentar
a confiabilidade e versatilidade do satélite.
Subsistema de estrutura
Corresponde à estrutura física do dispositivo satélite.
Subsistema de controle térmico
Mantém a temperatura do satélite a níveis aceitáveis para o seu
correto funcionamento. O excesso de calor é eliminado de forma a não
provocar interferência em outro satélite.
Subsistema de controle e posicionamento
Procura manter o footprint em sua correta localização. Caso a cobertura se
mova sobre a superfície terrestre, a área descoberta ficará sem os serviços que
para ali foram designados. Então, é necessário que este subsistema, alerte o
subsistema de propulsão para acionar os thrusters que moverão o satélite para
sua correta posição.
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Subsistema de comando e telemetria
Fornece maneiras para que uma estação na Terra tenha condições de
monitorar e controlar as ações de um satélite. As Figuras 2.5 [53], 2.6 e 2.7
procuram esquematizar estes conceitos.
Figura 2.5 – Alguns componentes dos satélites
Figura 2.6: Diagrama em blocos básico do satélite
Figura 2.7: Diagrama em blocos básico do transponder
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2.3 Principais órbitas para operação
Uma órbita é o caminho descrito por um objeto quando girando ao redor de
outro, mantendo-se sempre a mesma distância entre eles. Desta forma, quando
um satélite é lançado, ele é posicionado em uma órbita ao redor da Terra. A
órbita é conseguida pois a gravidade do planeta Terra o mantém a uma certa
altura da superfície terrestre. Mas não somente isto; é necessário algum controle
vindo da Terra para auxiliar neste posicionamento. Com isso, existem diversos
tipos de órbitas, onde as mais conhecidas são:
LEO (Low Earth Orbit)
Os satélites de baixa órbita são aqueles posicionados até 2.000Km da
superfície terrestre e devido à sua proximidade, desenvolvem uma velocidade
bastante alta, cerca de 28.000Km/h, para evitar que a gravidade da Terra os tire
do percurso e os faça se chocar com a superfície. Em uma hora e meia, estes
satélites completam uma volta na Terra, ou seja, um ponto na Terra consegue se
comunicar com este satélite por cerca de apenas 10 minutos.
Durante muitos anos, os satélites de baixa órbita raramente foram usados
em comunicações devido ao fato de que as antenas não mantinham a visada por
muito tempo em um único ponto da superfície terrestre. Geralmente eram
utilizados com propósitos de sensoriamento científico ou militar durante todos
estes anos, mas recentemente alguns projetos, por exemplo, o Iridium os
empregou.
MEO (Medium Earth Orbit)
Satélites que distam de 5.000Km a 15.000Km da superfície do planeta
estão em uma órbita média. Neste tipo de órbita, um ponto na Terra consegue
comunicações com este satélite por cerca de duas horas ou mais, pois entre 4 e
8 horas, uma volta completa é dada ao redor da Terra.
GEO (Geostationary Earth Orbit)
Um satélite, posicionado sobre a linha do Equador e em órbita
Geosíncrona ou Geoestacionária, leva cerca de 24 horas para completar uma
volta em torno do planeta, o mesmo tempo que a Terra leva para completar seu
movimento de rotação. Ou seja, se estes satélites são posicionados de tal forma
que giram com a mesma velocidade angular que a Terra, eles estarão portanto
parados em relação à um ponto na superfície, e assim, este ponto sempre
poderá se comunicar com o satélite 24 horas por dia. Esta órbita, representada
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pela Figura 2.8 [55], corresponde a uma distância de aproximadamente
36.000Km da superfície terrestre.
A órbita Geoestacionária é tal que, as forças da Gravidade da Terra e a
Centrífuga se equilibram mantendo o satélite a uma mesma distância da
superfície, sendo necessários somente alguns ajustes de posicionamento pela
Estação de Monitoração de tempos em tempos. A força da Gravidade é criada
por grandes massas físicas e faz com que os objetos se aproximem dela. A força
Centrífuga é aquela que força os objetos a se distanciarem da massa física
sobre a qual estão girando ao redor.
O posicionamento dos satélites no espaço geoestacionário da Terra é
dependente da disponibilidade de posições, chamadas de Posições Orbitais. A
União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário
em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra por um ângulo de 2°
reduzindo ao máximo a interferência mútua entre elas. A utilização de
freqüências diferentes poderia solucionar este problema diminuindo a distância
entre os satélites, porém o aumento das freqüências, além de ser
tecnologicamente custoso por exigir equipamentos muito específicos, também é
polêmico devido aos acordos internacionais de utilização das faixas de
freqüências.
Figura 2.8: Esquema da Órbita Geoestacionária
A Figura 2.9 [51] a seguir, apresenta o posicionamento dos satélites
geoestacionários ao redor do planeta Terra, com algum destaque os dispositivos
da companhia Hughes.
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Figura 2.9: Distribuição dos satélites GEO ao redor da Terra
Existem ainda os satélites de órbita alta, ou HEO (High Earth Orbit). A
Tabela 2.1 abaixo procura resumir os pontos discutidos.
Classificação Distância entre o satélite e a Terra Vida útil do
satélite
Órbita Geoestacionária – GEO 36.000 Km
Órbita Alta – HEO Acima de 20.000 Km 15 a 20 anos
Órbita Média – MEO Entre 5.000 Km e 15.000 Km
Órbita Baixa – LEO Até 2.000 Km 7 a 10 anos
Tabela 2.1 - Classificação orbital versus distância em relação à Terra
A vida útil dos satélites é determinada basicamente pela quantidade de
combustível nele armazenado. Este é utilizado pelos motores para correção de
posicionamento, assim, quando o combustível acaba, o satélite tem sua vida útil
encerrada. Na verdade, ele é posto em outra órbita e é inutilizado.
2.4 Faixas de frequências operacionais
Um sistema de comunicações via satélite é composto basicamente pelo
satélite e pelas estações rádio base de origem e destino, denominadas de
Estações Terrenas. Além destas, ainda podem existir estações responsáveis
pelo gerenciamento da comunicação.
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Figura 2.10: Componentes de um sistema via satélite
Os enlaces de satélite são formados por transmissões e recepções a partir
das Estações Terrenas. São denominados: Enlace de Subida (uplink), toda
transmissão que se inicia em uma Estação Terrena; e Enlace de Descida
(downlink), a comunicação que parte do satélite. Cada um deles, opera em uma
faixa de frequências apropriada, conforme a Tabela 2.2, onde se pode verificar
que o downlink e o uplink operam em faixas diferentes, para que seja possível
reduzir substancialmente a interferência mútua entre eles.
Banda Faixa do uplink Faixa do downlink Observações Relevantes
L 1.626,5 - 1.645,5MHz
1.646,5 - 1.652,5MHz
1.525 - 1.544MHz
1.545 - 1.551MHz
1.574,4 - 1.576,6MHz - empregada em aplicações de sensoriamento
C 5.850 - 6.425MHz 3.625 – 4200MHz - sinais menos sujeitos a interferência de chuva - antenas de grande porte - maior interferência com sistemas terrestres - maior cobertura
X 7.965 - 8.025MHz 7.315 - 7.357MHz - utilizada no Brasil para comunicações militares
Ku 13,45 – 14,50GHz 10,7 - 11,2GHz
11,45 - 12,20GHz
- antenas de pequeno porte - menor interferência com sistemas terrestres - menor custo por terminal - sinais sujeitos a interferência de chuva - menor cobertura
Ka 29,5 – 30,0GHz 19,7 - 20,2GHz - antenas bastante reduzidas - alta interferência com fenômenos atmosféricos
Tabela 2.2 - Principais faixas de frequências
Cada uma destas faixas é mais recomendada a determinados tipos de
aplicações, onde as freqüências mais utilizadas para comunicação via satélite
atualmente são as da banda C e banda Ku, que internacionalmente, é a banda
mais popular pois permite cursar um tráfego com antenas transmissoras e
receptoras menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências
serem mais altas. Entretanto, pelo mesmo motivo, a transmissão em banda Ku é
mais suscetível a interrupções causadas pela chuva, por exemplo. Desta forma,
a banda C é mais popular em países tropicais, tais como o Brasil. Dependendo
da intensidade da chuva, uma interrupção ou degradação do enlace via satélite
pode ocorrer, indisponibilizando o serviço prestado. Apesar disto, com a
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evolução da tecnologia de comunicação via satélite, já está sendo possível
implementar enlaces em Banda Ku nesses países.
A banda C, atualmente com menos uso em novos projetos, foi a primeira a
ser explorada comercialmente devido a sua cobertura ser mais ampla. Esta
banda apresenta elevada interferência terrestre dificultando, principalmente, a
recepção, já que os enlaces de microondas operam nesta mesma faixa.
A banda Ka, além de sofrer a interferência da chuva utiliza uma banda de
freqüências muito altas. Por este motivo, os equipamentos utilizados para a
banda Ka são muito caros e de difícil desenvolvimento.
O maior inconveniente da transmissão satélite, o retardo de propagação,
foi minimizado com códigos corretores de erro poderosos (FEC - Forward Error
Correction), que diminuíram bastante o número de retransmissões de
mensagens. A diferença básica entre transmissão de dados terrestre e via
satélite é exatamente o retardo de propagação. O sinal de rádio, viajando à
velocidade da luz, leva cerca de 270ms para ir da Terra ao espaço
geoestacionário e deste de volta à Terra. Uma aplicação que requeira uma
transmissão e uma resposta associada (acknowledgment - ACK) leva, portanto,
540ms para ser concluída. Na prática, retardos adicionais nas Estações
Terrenas envolvidas acabam levando este retardo total para cerca de 600ms.
2.5 Histórico das comunicações via satélite
A idéia dos satélites de telecomunicações apareceu pouco depois da
Segunda Guerra Mundial pelo então oficial de radar Arthur C. Clarke. A idéia
original propunha a colocação em órbita de três repetidores separados de 120º
sobre a linha do Equador a 36.000Km de altitude. Estes repetidores teriam a
finalidade de realizar a comunicação de rádio e televisão a toda parte do globo.
Devido à falta de tecnologia para o lançamento de tais equipamentos, o
exército americano fez os primeiros experimentos de propagação de
radiocomunicações entre 1951 e 1955 utilizando a Lua, um satélite natural, como
refletor passivo. Os experimentos não obtiveram sucesso devido a grande
distância existente entre a Terra e a Lua e a falta de tecnologia na época.
O primeiro satélite espacial, o Sputnik 1, realizou a primeira experiência de
transmissão e recepção de sinais do espaço, enviando para Terra sinais nas
freqüências de 20MHz e 40MHz, o que provava a possibilidade de uma
comunicação à longa distância nessas proporções. Apesar dos russos terem
sido os primeiros a lançarem um satélite espacial, a História destinou à voz do
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Presidente Eisenhower, a honra em ser a primeira voz a ser retransmitida do
espaço. Somente no final de 1960, com a troca das baterias por células solares
realizou-se uma retransmissão de dados enviados da Terra.
A partir de 1960, concluiu-se que a utilização de satélites artificiais era a
melhor opção para as comunicações, sendo abandonado os experimentos dos
satélites naturais. Pretendia-se que eles fossem como as torres de repetição de
microondas existentes no sistema telefônico. Assim, o primeiro satélite de
comunicações propriamente dito foi lançado em 1962, chamado de Telstar 1 e
foi o primeiro satélite de utilização comercial. A partir disto, vários outros satélites
foram lançados a fim de realizar testes, aperfeiçoamentos e comunicações
intercontinentais como forma de atrair atenção e mercado, onde o Syncom 3
destacou-se por ter realizado, ao vivo, a transmissão dos Jogos Olímpicos de
1964.
Em 1965 foi lançado o Intelsat com 240 circuitos telefônicos que, apesar
de ter sido projetado para funcionar 18 meses, permaneceu em operação por 4
anos. Ressalta-se que nesta época, década de 70, as antenas de comunicação
com os satélites tinham 12m de diâmetro e requeriam elevada potência. No
início da década de 80, as antenas ainda possuíam 7 metros e, de lá para cá, o
desenvolvimento não parou, tanto no tamanho quanto nas formas de
transmissão/recepção, além da compactação dos dados visando a economia de
banda.
Ainda nos anos 80, uma companhia americana, a Equatorial, lançou no
mercado, com grande sucesso, um sistema de comunicações de dados via
satélite unidirecional permitindo a recepção de uma portadora com taxa de
informação de 19,2Kbps, em antenas parabólicas de apenas 60cm de diâmetro.
Utilizando transmissão satélite em banda C, este feito só foi possível graças ao
uso de uma tecnologia de uso militar conhecida como Spread-Spectrum, ou
Espectro Espalhado. Nos sistemas de comunicações convencionais sempre se
busca transmitir mais informação em menos faixas de freqüências pois desta
forma maximiza-se a eficiência da rede, reduzindo os custos referentes ao
segmento espacial. Na modulação Spread-Spectrum acontece o oposto, pois ao
se dividir cada bit em um certo número de chips (de menor duração que o bit),
aumenta-se o espectro de freqüências com o intuito de tornar o sinal transmitido
mais imune a interferências intencionais, que ocorrem em aplicações militares.
Para a aplicação satélite referida acima, o principal problema, resolvido com o
emprego da modulação Spread-Spectrum, foi o do estabelecimento de um
enlace com uma antena das proporções mencionadas, num cenário de
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interferência provocada por satélites adjacentes que interferem mais em antenas
de pequeno diâmetro.
Por volta de 1984, a mesma empresa Equatorial lançou um novo sistema,
bidirecional, consistindo de uma estação central de grande porte chamada de
HUB ligada à estações remotas, com diâmetros de 1,2m, capacidade de
transmissão de até 9,6Kbps e capacidade de recepção de 156Kbps. Neste
sistema, tirou-se proveito de outra característica da modulação Spread
Spectrum: sua capacidade de múltiplo acesso que leva o nome de CDMA (Code
Division Multiple Access), e permite a identificação de cada estação através de
um código específico inerente ao processo de modulação.
Em meados da década de 80, apareceu o acrônimo VSAT, para designar
estações terrenas de satélite com antenas de abertura reduzida, tipicamente
inferiores a 2,4m de diâmetro, que normalmente se comunicam com uma
estação HUB, com antenas de até 6m. Inicialmente usado apenas como marca
por uma empresa fabricante, este nome ganhou posteriormente uso geral na
designação de micro estação.
A expansão das telecomunicações no Brasil começou com a família de
satélites Brasilsat lançados pela Embratel a partir de 1985. Esses e outros
satélites tiveram e ainda têm participação essencial na interligação de todo o
território nacional, levando a televisão, a telefonia e a comunicação de dados aos
quatro cantos do país, possibilitando a expansão da Internet e colocando ao
alcance de todos um universo de serviços.
No Brasil, no final da década de 80, iniciou-se o uso pelo segmento
bancário de redes VSAT. Soluções nas quais o cliente investe na estação HUB,
instalada em suas dependências, e nas micro estações, com transmissão por
satélite em banda C. Esse tipo de solução foi oferecida pela Embratel através de
sua frota de satélites. Em 1991, a Embratel iniciou a operação de uma estação
HUB compartilhada com tecnologia TDMA, localizada inicialmente no Rio de
Janeiro e depois transferida para São Paulo. Nesta outra modalidade, há um
compartilhamento da estação HUB e das portadoras outbound e inbound entre
vários usuários. Hoje, já existem no país, VSATs interligadas à estações HUB no
exterior, utilizando satélites em Banda C da organização Intelsat. Mais
recentemente, a Embratel passou a oferecer outras modalidades de serviços em
banda Ku, através de segmento espacial contratado à Intelsat, embora sem
cobertura em todo o território nacional, permitindo a entrada em operação da
primeira rede VSAT nessa banda de freqüências adquirida por uma grande
indústria do setor automotivo. Acordos com países da América Latina estão
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sendo negociados, o que ampliará a utilização transfronteira de redes VSAT a
partir do Brasil, como o que está sendo feito pela operadora de satélites Star
One/Embratel.
As redes VSAT passaram a disputar o mercado de comunicação de dados
até então ocupado por sistemas terrestres de linhas dedicadas e de comutação
de pacotes. Atrasos na disponibilização e baixa qualidade das linhas de
comunicação de dados terrestres, muitas vezes a não existência das mesmas e
ainda a dificuldade em fazer negócio com mais de um provedor de serviço eram
e continuam sendo, motivos determinantes na opção por redes VSAT.
Com o novo cenário de competição que se configura com a entrada da
Hispamar como concorrente à Star One/Embratel, aguarda-se um grande
aumento no número de redes VSAT operando no país. Deve-se esperar também
que a tecnologia se desenvolva no sentido de taxas de bits mais elevadas,
adequando-se às novas técnicas de transmissão, protocolos, perfis de tráfego e
aplicações. [3]
2.6 Sistemas VSAT
A respeito das Redes VSAT em si, existem três tipos de topologia: Estrela,
a Mesh e a Híbrida. Na Topologia Estrela da Figura 2.12, todos os terminais
VSAT estão conectados a uma grande Estação Terrena denominada HUB, ou
Master, que age como um grande hub (das redes LAN), ou seja, não é possível
que uma VSAT se comunique com outra sem que o tráfego passe pela HUB. A
Figura 2.11 [55] ilustra a HUB, o satélite e o terminal remoto. Para existir uma
comunicação VSAT-VSAT, devem ser utilizados dois saltos (duas subidas e
duas descidas ao satélite). Isto representa um incoveniente: o dobro do retardo
para esta comunicação deve ser computado quando comparada à de único
salto. Esta estação central contém toda inteligência para controlar a operação, a
configuração e o tráfego da rede. É função também da HUB, armazenar
informações referentes ao desempenho, status e níveis de atividade de cada
terminal VSAT. É possível dizer ainda que se trata de uma topologia estática,
porém flexível no sentido operacional. Em termos econômicos, esta topologia
somente se torna viável para um grande número de estações.
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Figura 2.11: Arquitetura convencional para redes VSAT
Figura 2.12: Topologia em Estrela
Figura 2.13: Estação Terrena ou Teleporto onde a HUB fica localizada
A Figura 2.13 acima, retrata uma fotografia registrada em 2005 da Estação
Terrena de Guaratiba no Rio de Janeiro, administrada pela StarOne/Embratel.
Uma estação como esta abriga todas as funções de gerência de uma rede via
satélite.
A Topologia Mesh ou Topologia Hubless Full-Mesh permite que todos os
terminais comuniquem diretamente entre si sem necessidade da existência de
uma HUB, a não ser para desempenhar funções de gerência. Esta topologia, já
com inúmeras redes espalhadas pelos continentes, obriga as estações remotas
a possuírem antenas maiores e com capacidade para transmitir sinais com maior
potência diretamente através do satélite. Essa topologia é mais recomendada na
comunicação VSAT-VSAT para aplicações como a voz, onde o retardo é um
fator determinante para a definição da qualidade da comunicação. Embora
existam exemplos de sistemas VSAT sem HUB por comutação de pacotes, os
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mais comuns no mercado utilizam comutação de circuitos, com canais do tipo bit
pipe, sem portanto emulação de protocolos. Pode-se dizer que esta topologia
age de forma dinâmica e é bem mais flexível que a Topologia em Estrela. Ela se
torna mais econômica com um pequeno número de estações terminais.
A Topologia Híbrida permite que um grupo de VSATs se comunique
através da topologia em Estrela e outro grupo através da topologia Mesh, sendo
bastante útil quando determinado grupo de terminais têm muito mais demanda
de tráfego entre si, ao contrário do que ocorreria com os outros terminais.
2.6.1 Componentes de um sistema VSAT
O primeiro e mais crítico componente do sistema VSAT é sem dúvida o
satélite. Caso haja algum problema nos seus painéis solares ou no controle do
seu sistema de geonavegação, simplesmente não haverá comunicação. Os
satélites modernos são compostos por dezenas de transponders cada, onde a
largura de banda de cada um deles pode ser combinada de diversas formas,
desde que se mantenha o limite do transponder.
A Figura 2.14 [54] apresenta um diagrama dos componentes de uma rede
VSAT de a Figura 2.15 mostra em algum detalhe, os componentes de um
terminal VSAT.
Figura 2.14: Componentes da rede VSAT
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Figura 2.15: Componentes de um terminal VSAT
Um terminal VSAT consiste tipicamente de uma antena, equipamentos
externos (outdoor unit - ODU), cabos e conexões e equipamentos internos
(indoor unit - IDU). A antena e a ODU realizam a conversão em frequência e
amplificação do sinal de uplink (Power Amplifier - PA e Frequency Converter) e o
de downlink é realizado pelo módulo LNA. A função da IDU, de uma maneira
genérica, é fornecer a interface para carregar os serviços do usuário. Além disso,
existe o bloco Base Band Controller que limita o uplink e o downlink da
comunicação. O modulador e o demodulador também fazem parte da IDU. O
consumo de energia para o funcionamento das estações VSAT é muito baixo e
em alguns casos a própria energia solar pode ser utilizada para alimentar esses
terminais. A IDU se conecta à ODU por meio de cabos coaxiais, cuja distância
máxima varia de 50 a 100 metros, e onde a transmissão é feita na Frequência
Intermediária (FI), geralmente na faixa de 2GHz.
Com relação à HUB, alguns computadores estão ligados fisicamente a ela.
O primeiro deles é o Host Computer, com função de fornecer a informação
necessária às estações ou conectá-las a uma rede externa. O Information Center
é utilizado para guardar as informações dos clientes podendo ser convertido
para uma estação junto à HUB. E, por fim, o NMS (Network Management
System) utilizado pelo gerente da rede. Através do NMS pode-se controlar os
limites dos canais, o uso, a performance e o tráfego, além de executar
diagnósticos e gerar relatórios estatísticos para cada terminal. A estação
principal, HUB, dispõe de uma antena maior e é capaz de se comunicar com
todas as estações VSAT remotas dos usuários, coordenando o tráfego entre
elas. A estação HUB também se presta como ponto de interconexão para outras
redes de comunicação, como a Internet, redes corporativas ou ainda redes de
voz.
2.6.2 Principais técnicas de acesso
Em todos os sistemas no sentido HUB-VSAT (outbound), são utilizadas
portadoras conduzindo um canal TDM estatístico, tal como numa rede de
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pacotes terrestre. No sentido contrário, VSAT-HUB, cada esquema de múltiplo
acesso define as características do canal inbound, ou seja, os protocolos de
acesso ao satélite descrevem a forma com que os terminais irão acessar os
recursos de banda do satélite.
Para que as comunicações aconteçam entre as VSATs e a HUB, é preciso
que a uma estação VSAT esteja associado um canal de RF (Rádio Frequência).
Essa associação pode ser permanente ou por demanda, variando
dinamicamente. Quando a associação é permanente, existe um canal fixo para
cada VSAT e temos o método de alocação do tipo PAMA (Permanent
Assignment Multiple Access) ou Acesso Múltiplo com Alocação Permanente. Sua
desvantagem pode estar no desperdício da banda alocada a uma VSAT que
pode não estar transmitindo a todo momento. Quando a alocação é dinâmica
existe um pool de canais administrados pela estação HUB do qual são alocados
os canais para cada VSAT na medida em que são solicitados e para o qual são
liberados ao término do uso. Neste caso, temos o método de alocação DAMA
(Demand Assignment Multiple Access) ou Acesso Múltiplo com Alocação por
Demanda.
Seja a alocação de canais PAMA ou DAMA, existe uma variedade de
métodos de acesso e compartilhamento de canais que estão relacionados
diretamente com a performance de uma rede VSAT. Uma rede bem
dimensionada deverá utilizar portanto, protocolos específicos para alcançar a
maior performance para uma determinada aplicação, enquanto minimiza a banda
requerida no satélite.
As técnicas de acesso no sistema VSAT são muitas, variando de
fabricante para fabricante. As principais delas são o Aloha, Slotted-Aloha, DAMA,
TDMA, FDMA e CDMA. Códigos corretores, mencionados anteriormente, como o
FEC com taxas de 1/2 ou 3/4 e detectores de erros são freqüentemente usados
nas técnicas de acesso para auxílio na correção de erros, ambos através de
redundância. Novamente, a técnica de acesso está intimamente ligada à
aplicação e topologia utilizada.
Utilizando-se o Aloha, quando um dado terminal tem um quadro, ele
transmite instantaneamente, mesmo se o canal estiver sendo utilizado. O
terminal, em seguida, “ouve” o meio e caso perceba que este está ocupado,
respeitando o tempo de atraso inerente, ele assume que a mensagem foi
enviada com sucesso. Caso contrário, ele aguarda um tempo aleatório para
retransmitir o quadro. Alguns sistemas reconhecem se o quadro foi devidamente
transmitido por meio de um ACK vindo da HUB.
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O Slotted-Aloha é uma versão melhorada do Aloha simples e tem como
objetivo fazer com que as colisões se sobreponham o máximo possível. O
método utilizado foi fazer com que as transmissões dos quadros só possam
ocorrer em períodos determinados, denominados de slots. Assim, um quadro
não pode interferir com outro que já esteja na metade de sua transmissão. Os
slots são de iguais períodos de tempo e este sistema praticamente dobra a
eficiência em relação ao anterior. A sincronização dos slots se dá através do
clock-master da HUB, que considera assim, as diferentes distâncias dos
terminais.
O TDMA (Time Division Multiple Access) permite que os usuários acessem
a capacidade alocada no transponder através do compartilhamento de tempo,
onde a cada instante um terminal utiliza os recursos disponíveis para realizar sua
comunicação, sendo o método mais utilizado nas redes VSAT comerciais. A
variante mais utilizada dentro desta técnica é o TDMA-DA (Demmand
Assignment) onde a HUB fica responsável por alocar o slot para cada terminal
VSAT de acordo com a transmissão previamente requerida. Com esta tecnologia
é possível atender a vários tipos de perfis de tráfego de usuário, desde o mais
interativo até as simples transferências de arquivos.
O FDMA (Frequency Division Multiple Access) consiste na técnica de
acesso mais simples e utiliza diferentes portadoras na transmissão dos
diferentes canais possibilitando a transmissão simultânea sem prejuízo por
interferência. Assim, obtém-se para cada transponder a divisão em freqüência
dos canais. O esquema FDMA se apresenta extremamente ineficiente em
termos de ocupação de segmento espacial para tráfegos interativos.
Nas redes VSAT que utilizam CDMA (Code Division Multiple Access), cada
terminal recebe um número pseudo-aleatório único utilizado para codificar e
decodificar suas transmissões. Várias VSATs podem transmitir simultâneamente
na mesma freqüência, sendo os sinais separados na recepção pela HUB. A
transmissão da HUB também é codificada da mesma forma, porém um único
código é atribuído a ela, o que permite a recepção por todos os terminais. O
CDMA se caracteriza por ser um método ineficiente de se usar a capacidade do
satélite, no entanto tem grande resistência a interferências externas além de
gerar menos interferência que os outros métodos.
Por fim, no DAMA (Demand Assignement Multiple Access), quando um
terminal VSAT deseja realizar uma transmissão, este terminal requisita um slot
no tempo ou freqüência. A atribuição do slot ou freqüência somente é
concretizada após a conclusão da transmissão. Esta técnica de acesso por
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demanda é a técnica utilizada para os serviços de telefonia convencional
garantindo uma qualidade mínima do serviço, pois as portadoras são assumidas
aos pares, uma para o sentido HUB-VSAT e outra no sentido VSAT-HUB. Redes
que implementam esse tipo de técnica são normalmente usadas para oferecer
circuitos de voz. A Figura 2.16 [56] ilustra esta rede.
Figura 2.16: Rede VSAT DAMA/SCPC típica
Uma combinação das técnicas TDMA e FDMA, a FTDMA (TDM/TDMA) é a
mais utilizada para acesso à rede satélite e sua representação é a da Figura
2.17 [56]. Uma portadora única, formada pela multiplexação de todos os pacotes
que serão direcionados para as diferentes VSATs na rede, é utilizada para envio
da informação da HUB para as VSATs. Cada VSAT é capaz de receber todo o
tráfego do outbound, mas ela é limitada a decodificar somente os pacotes
destinados a ela. O enlace VSAT-HUB é composto por diversas portadoras
inbound onde seu número é dependente do tamanho da rede a qual é acessada
pelas VSATs em uma determinada frequência e em um determinado tempo.
Nessa técnica, antes dos dados serem transportados pela rede, eles devem ser
empacotados, cada pacote contendo um endereço que identifica um terminal
dentro do domínio de um sistema VSAT. O receptor (VSAT ou HUB) deve
reconhecer o correto recebimento do pacote. Se algum ruído, colisão ou outro
evento corromper o mesmo, o receptor impedirá que ele chegue ao destino e
não enviará uma confirmação. O pacote portanto, deverá ser retransmitido no
próximo período de tempo permitido.
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Figura 2.17: Esquema de rede VSAT TDM/TDMA típica
2.6.3 Aplicações das VSATs
As aplicações que podem ser oferecidas pela tecnologia VSAT, podem ser
classificadas da seguinte forma:
One-way
Corresponde a aplicações mais simples e comuns onde voz, vídeo e dados
são transmitidos a partir da estação Master, e recebidos pelos diversos terminais
distribuídos pela área de cobertura de um satélite. Desta forma, poderíamos
pensar que qualquer terminal VSAT não autorizado seria capaz de receber este
sinal, porém, a operadora da rede pode controlar o acesso a essas aplicações,
restringindo-as somente a um grupo de interesse. Exemplos de aplicações
atendidas via broadcasting (sem restrição de destino) ou ainda multicasting (com
restrição de destino) são difusão de vídeo (eventos ao vivo), áudio, arquivos, etc.
Two-way
Permitem aplicações que utilizam os dois sentidos de comunicação.
Aplicações estas, que podem ser serviços de dados, voz ou até mesmo de vídeo
interativo, ou conferência. Este último, atendendo a localidades não cobertas por
infra-estrutura da Rede Pública de Telefonia, tipicamente as rurais, como
mencionado no início deste texto. Uma única linha de voz pode ser transmitida
por meio de uma VSAT ou até mesmo um conjunto delas, terminando em
seguida em um PABX no site do usuário/cliente.
2.6.4 Vantagens e desvantagens da tecnologia VSAT
Sem dúvida que poder transmitir informações para vários usuários
separados a quilômetros de distância de uma forma tão rápida é, e continuará
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sendo uma vantagem sobre qualquer outro meio de comunicação. Aplicações
militares para esta tecnologia não faltam, já que guerras sempre ocorreram e,
pelos recentes fatos, continuarão ocorrendo espalhadas por todo o globo.
Porém, o uso de ondas eletromagnéticas em uma transmissão, ainda mais
envolvendo áreas enormes, traz um ponto à discussão: a segurança. Mesmo em
sistemas que possuem os focos das antenas dos satélites pontuais, não são
raras as transmissões que usam encriptação para garantir que somente pessoas
autorizadas tenham acesso aos dados transmitidos. No entanto, existem
problemas a serem tratados como os efeitos atmosféricos, que afetam de forma
diferente as diversas bandas de transmissão, e o retardo de propagação que
afeta principalmente as aplicações que exigem respostas em tempo real, tal
como a voz.
Depois de mencionados alguns problemas presentes nos sistemas VSAT,
podem ser abordadas as suas vantagens, a começar pela rapidez. Relatos de
instalações práticas mostram que redes VSAT podem ser implementadas em
poucos dias. Isto se deve a uma característica importante dos sistemas, o
amadurecimento e a não utilização de um meio físico fixo. Além de vários
problemas já terem sido detectados e solucionados, o amadurecimento de uma
tecnologia traz a vantagem do custo menor. Como custo, tempo e conhecimento
dos problemas são fatores importantes em aplicações comerciais, uma
comparação, analisando estes tópicos, sempre deve ser feita entre tecnologias.
Além dessa vantagem, pode-se ainda destacar seu menor custo diante de
enlaces dedicados terrestres; a grande variedade de aplicações de dados, voz e
vídeo; a alta escalabilidade; sua insensibilidade quanto à distância entre a VSAT
e a HUB e, por fim, a eliminação do problema da última milha.
Levando-se em consideração que localidades mais distantes são sempre
deixadas para segundo plano no que diz respeito a comunicações, unidades
fabris e pequenos aglomerados rurais sempre podem contar com este meio de
transmissão. Localidades insulares com pouca infra-estrutura e veículos de
mobilidade intercontinental são possíveis candidatos a possuírem VSAT.
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3 Propagação em sistemas via satélite
Este capítulo trata da propagação Terra-Espaço (uplink) e Espaço-Terra
(downlink) para estabelecimento da comunicação entre as Estações Terrenas e
os satélites geo-estacionários para frequências em Banda Ku (da ordem de
12GHz para downlink e 14GHz para uplink). O estudo da propagação em ambos
sentidos da comunicação, é somente um dos componentes que está presente
nos cálculos de enlace.
Os cálculos de enlace procuram realizar um balanceamento dos ganhos e
das perdas associadas a uma rede de comunicações, no caso, via satélite, de
forma a estimar a performance real fim-a-fim dos níveis de potência,
dimensionamento das remotas e qualidade da comunicação. Para se chegar a
uma resposta o mais próxima da realidade possível, um completo e detalhado
estudo se faz necessário. Além disto, outros fatores devem ser considerados
como os ganhos das antenas transmissora e receptora, as dimensões das
mesmas e seus ângulos de elevação, as perdas associadas aos cabos, as
interferências e os ruídos, além dos efeitos atmosféricos.
O que este capítulo traz é uma apresentação dos principais fatores que
devem ser considerados quando de um estudo de enlace, aprofundando alguns
itens quando necessário, mas não representa um estudo profundo e totalmente
completo sobre todos esses fatores.
3.1 Enlace de comunicação via satélite
Os componentes básicos de um enlace satélite podem ser apresentados
como se segue:
• Subida do sinal pela Estação Terrena;
• Caminho de subida até o satélite;
• Caminho de descida até a Estação Terrena;
• Descida do sinal na Estação Remota
O sinal de subida em uma Estação Terrena (HUB ou Master) é quase
sempre compartilhado entre os vários clientes, ou seja, apesar de em algumas
redes existirem equipamentos (de rede, encapsuladores IP em MPEG,
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moduladores, etc...) de clientes diferentes dedicados na Estação Terrena, a
combinação de cada um dos sinais se faz necessária para que seja possível a
subida ocorrer na mesma antena da Estação Terrena Master.
A Figura 3.1 apresenta o diagrama geral com os conceitos já estudados e
as Figura 3.2, 3.3 e 3.4, respectivamente, os elementos de subida de uma
Estação Terrena, os elementos básicos de um satélite de comunicação, e os de
descida de uma Estação Remota. Vale mencionar que o conversor de subida
representado na Figura 3.2 possui características que dependem do transponder
e do satélite.
Figura 3.1: Diagrama geral de um enlace satélite
Figura 3.2: Elementos de subida em uma Estação Terrena
Figura 3.3: Elementos básicos de um satélite de comunicação
Figura 3.4: Elementos de descida em uma Estação Remota
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3.2 Enlace de uplink
Um enlace de subida ou uplink de um satélite pode ser caracterizado,
assim como um enlace de descida, pela composição dos seguintes elementos:
• Transmissor e antena transmissora da Estação Terrena;
• Caminho entre transmissor e receptor (atmosfera e espaço);
• Antena receptora e receptor do satélite
Um estudo de uplink é preparado para avaliar a performance de
equipamentos em uso no enlace, para determinar a capacidade de um
determinado conjunto de equipamentos, e sua contribuição para a performance
global do sistema. A Figura 3.5 [52] exemplifica de uma forma bastante
generalizada os níveis de potência de um uplink. Uma representação como esta
é muito utilizada e normalmente recebe o nome de “Perfil do Enlace Satélite”,
que pode ser bem mais detalhada do que a da Figura 3.5, exibindo as diversas
contribuições de ganhos e perdas fim-a-fim.
Figura 3.5: Níveis de potência no uplink
A Figura 3.5 traça os níveis de potência de um uplink típico (Terra-
Espaço), onde uma estação “A” gera cerca de 1.000W ou 30dBW de potência e
possui uma antena com ganho de 50dBi. Desta forma, a potência de saída da
estação transmissora será de 30dBW + 50dBi = 80dBW. A atenuação de espaço
livre (devido ao espalhamento do sinal) em por exemplo 6GHz (Banda C) reduz
a potência para cerca de -119dBW ao chegar ao satélite “B”. O ganho
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proporcionado pelo satélite eleva a potência do sinal novamente para que seja
possível sua recepção na estação do usuário final.
Porém, um cálculo de enlace não é tão simples como o exemplo dado.
Diversos outros fatores devem ser levados em consideração e para isso, um
modelo para o cálculo dos ganhos e perdas associadas à propagação através de
um meio compreendido pela atmosfera e espaço, pode ser seguido como sugere
[44].
Neste capítulo, o conjunto de fatores que contribuem para as cálculos de
desempenho de um enlace são apresentados. No capítulo 6, um estudo de caso
procura avaliar a ocupação de segmento espacial e o dimensionamento das
estações em atendimento a uma demanda de tráfego proveniente da rede WiFi
onde são executadas as aplicações dos usuários finais.
Do ponto de vista de um link budget, a Estação Terrena é o componente
onde se inicia o processo de cálculo do enlace de RF. A Master possui uma
potência de transmissão saturada que é especificada pelo fabricante dos
elementos de transmissão e é dado em dBW, após a passagem do sinal de
origem pelo modulador e o conversor de subida.
A esta potência, reduz-se um valor em dB referente ao backoff do sistema
de transmissão que é dado para um conjunto de “n” portadoras. Este parâmetro
é dependente dos planos de frequência da estação e do satélite, do tamanho,
número e espaçamento das portadoras, da susceptibilidade à interferência do
método de modulação, das características de transferência de entrada-saída dos
dispositivos não-lineares, etc. Representa quanto o ponto de operação do
amplificador está afastado do seu ponto de saturação. Normalmente, assumem-
se valores entre 4 e 8dB e podem ser definidos o backoff de entrada (BOi) e o
backoff de saída (BOo) do amplificador.
A Figura 3.6 [52] apresenta este conceito. Para múltiplas portadoras por
transponder tem-se um BOi = 8dB e BOo = 6dB. Quanto maior for o número de
portadoras em um mesmo TPDR, maior deverá ser o valor do BOo.
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Figura 3.6: Curva de transferência de um amplificador do tipo TWT
O gráfico da Figura 3.6 acima apresenta a curva para um amplificador de
potência do tipo TWT, porém, existem outros tipos e os mesmos apresentam
curvas de não-linearidade diferentes entre si. Os amplificadores de potência
podem ser classificados como na Tabela 3.1 [52]:
SSPA Amplificadores de estado sólido
(solid state power amplifier) Para potências de saída até 100W
MPA
Amplificadores de média potência
(medium power amplifiers)
TWT (travelling wave tube)
Para potências entre 100W e 700W
HPA Amplificadores de alta potência
(high power amplifier) Para potências de saída superiores a 700W
Tabela 3.1 – Tipos de amplificadores
Os amplificadores de estado sólido possuem uma resposta mais linear que
por exemplo, os de média potência ou TWT. Este último conceito também é
muito importante quando da determinação do tipo de TPDR a ser utilizado em
um satélite, pois refletirá em um valor de back-off diferente para um caso ou
outro.
Em seguida, à saída do amplificador de potência, o sinal atravessa a linha
de transmissão e está sujeito às perdas associadas a este caminho. Estão
incluídas as perdas devido à atenuação dos cabos e guias, as perdas de
conexão, etc. Dizem respeito ainda, aos filtros, diplexadores, comutadores,
combinadores, acopladores direcionais, alimentador da antena, etc. Valores
típicos totais chegam a 2dB para grandes estações e 0,5dB para as de pequeno
porte, como as VSATs.
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A potência entregue ao sistema da antena, é submetida então a um ganho.
Ganho este que está associado às dimensões da mesma, sua eficiência e a
frequência de operação. O ganho da antena é expresso em dBi e pode ser
representado através da fórmula geral:
2
4
λ
ηπ aAG = (3.1)
Onde:
4
2D
Aπ
= é a área da antena (m2)
ηa = é a eficiência da antena (%)
λ = é o comprimento de onda (m)
Representando a eq. (3.1) em termos de dB, tem-se:
Vale mencionar que a confiabilidade deve ser atendida de forma muito
similar às redes cabeadas, com taxas de erro inferiores a 10-6. A transparência
deve estar presente no âmbito de coexistência e integração das WLANs com as
LANs. Com relação à segurança, talvez uma das maiores preocupações nas
WLANs, é necessário proteger as informações trafegadas pois elas estão
presentes em ondas eletromagnéticas que percorrem o ar livre e podem ser
interceptadas de forma mais fácil que em redes cabeadas.
4.2.1 Tecnologias wireless
Existem várias tecnologias para o estabelecimento de um enlace sem fio
entre dois pontos e um quadro como o da Tabela 4.2 [59] sumariza muito bem
essas variedades de padrões.
Padrão Taxa Modulação Segurança Vantagens e Desvantagens
IEEE 802.11 Até 2Mbps na faixa
de 2.4GHz FHSS ou DSSS WEP e WPA
- Esta especificação foi extendida na
IEEE 802.11b
IEEE 802.11a
(Wi-Fi)
Até 54Mbps na
faixa de 5GHz OFDM WEP e WPA
- Produtos que aderem a este padrão
são considerados Wi-Fi Certified
- Oito canais disponíveis
- Menor risco de interferência que os
padrões 802.11b e 802.11g
- Melhor que o 802.11b no suporte a
voz, vídeo e imagens em ambientes
densamente povoados
- Menor cobertura que o 802.11b
- Não opera com o 802.11b
- Faixa de frequência regulamentada
elevando o custo da solução
IEEE 802.11b
(Wi-Fi)
Até 11Mbps na
faixa de 2.4GHz DSSS com CCK WEP e WPA
- Produtos que aderem a este padrão
são considerados Wi-Fi Certified
- Não opera com o 802.11a - Requer menos APs que o 802.11a para cobrir uma mesma região - Oferece acesso a alta velocidade a estações distantes 91m do AP - 14 canais disponíveis na banda de 2.4GHz
Tabela 4.2 – (a) Padrões de redes sem fio
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Padrão Taxa Modulação Segurança Vantagens e Desvantagens
IEEE 802.11g
(Wi-Fi)
Até 54Mbps na
faixa de 2.4GHz
OFDM acima de
20Mbps, DSSS
com CCK
abaixo de
20Mbps
WEP e WPA
- Produtos que aderem a este padrão são considerados Wi-Fi Certified - Possivelmente estes substituirão o 802.11b - Mecanismos de segurança que são melhores que o 802.11 - Compatível com o 802.11b - 14 canais disponíveis na banda de 2.4GHz
Bluetooth Até 2Mbps na faixa
de 2.45GHz FHSS
PPTP, SSL ou
VPN
- Não oferece suporte nativo ao protocolo IP e por isso não suporta de forma adequada aplicações baseadas em TCP/IP - Não foi criado originalmente para suportar WLANs - Melhor aplicação para conectar PDAs, celulares e PCs por alguns momentos
HomeRF Até 10Mbps na
faixa de 2.4GHZ FHSS
Dados são
encriptados
por um
algoritmo de
56 bits
- Não está mais sendo assunto de estudo e comércio - Focado em residência e não em empresas - Cobertura até 45m da estação base - Relativamente barato para se configurar e manter - Qualidade de voz é sempre boa pois reserva continuamente uma parcela da banda para estes serviços - Imune a interferências devido à modulação FHSS
HiperLAN 1 Até 20Mbps na
faixa de 5GHz CSMA/CA
Encriptação
por sessão e
autenticação
individual
- Em uso somente na Europa - É totalmente ad-hoc, não necessitando configuração e controladora central - Relativamente caro para operar e manter - Não possui garantia de banda
HiperLAN 2 Até 54Mbps na
faixa de 5GHz OFDM
Fortes features
de segurança
com suporte a
autenticação
individual e
chaves de
encriptação
por sessão
- Em uso somente na Europa - Desenvolvido para transporter células ATM, pacotes IP, Designed to carry ATM cells, IP packets, e voz digital - Melhor qualidade de service que o HiperLAN/1 - Garantia de banda
Tabela 4.2 – (b) Padrões de redes sem fio
4.2.2 Histórico das redes sem fio
Pode-se dizer que, de acordo com a premissa de comunicação por meio
de ondas rádio, o Projeto ALOHANET desenvolvido pela Universidade do Havaí,
implementou a primeira rede local sem fio de comunicação, salvo as dimensões
envolvidas. A rede surgiu em 1971 e utilizava comunicações via satélite
dispostas em topologia estrela, tendo computadores distribuídos entre quatro
ilhas que realizavam a comunicação com um computador central na Ilha de
Oahu. [6]
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Diversos projetos e desenvolvimentos foram tocados durante os anos, até
que na década de 90 começaram a surgir os primeiros produtos comercializados
utilizando a tecnologia sem fio para comunicação.
Um pouco antes, em 1985, determinadas faixas do espectro de
frequências foram liberadas pelo FCC (Federal Communications Commission) da
necessidade de licença por parte dos órgãos reguladores mundiais para que
fossem utilizadas comercialmente para comunicação sem fio. As faixas de
900MHz, 2,4GHz e 5GHz foram as contempladas nesta liberação, e receberam a
denominação de Banda ISM (The Industrial, Scientific, and Medicine Frequency
Bands). Esta importante decisão fez com que o interesse por redes wireless
nestas faixas crescesse de forma bastante acentuada, acendendo o setor.
Com isso, diversos fabricantes desenvolveram suas tecnologias
proprietárias obrigando o FCC a solicitar a padronização dessas redes através
do IEEE. O padrão desenvolvido portanto ao final desta década, veio a ser
chamado de IEEE 802.11, seguindo as mesmas denominações para os padrões
que englobam as funções de camada física e de enlace para redes locais. Nessa
mesma época, surgiram os primeiros produtos comercializados para a faixa de
2,4GHz.
Ainda assim, a existência de três diferentes tecnologias dentro do padrão
vinha provocando a insatisfação por parte dos usuários e fornecedores que
buscavam assegurar a interoperabilidade dos dispositivos. Surgiu então a WECA
(Wireless Ethernet Compatibility Alliance) em 1997. Formada pelas empresas
Lucent, Cisco, Nokia, 3Com, dentre outras, a aliança procurou interoperar os
diferentes padrões existentes.
Ao final de 1999, outro padrão surgiu, porém interoperável com os demais,
apresentando desempenho superior aos existentes até aquele momento, é o
chamado IEEE 802.11b. Assim apareceu o termo Wireless-Fidelity ou Wi-Fi,
como sendo a garantia de interoperabilidade entre os padrões para rede local
sem fio dada pela WECA aos dispositivos por ela certificados. [1]
4.2.3 Redes 802.11
Desde a formação dos grupos de estudo no IEEE para o desenvolvimento
da tecnologia sem fio, a evolução destas redes nunca ficou estagnada. Novos
padrões foram criados de forma a atender aos maiores requisitos da tecnologia.
Assim sendo, um resumo dos padrões existentes hoje é apresentado na Tabela
4.3 [7] a seguir:
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Tabela 4.3 – Resumo dos padrões IEEE 802.11
Através deste conjunto de informações, pode-se constatar que o padrão
802.11a apresenta taxas bastante elevadas quando comparadas com o padrão
original, devido aos seus métodos de modulação serem bem mais eficientes.
Representam o único padrão que atua sobre a faixa dos 5GHz. O padrão
seguinte, o 802.11b, consegue alcançar taxas de transmissão maiores que o
padrão original, porém não são compatíveis com seu antecessor, o 802.11a. Um
novo padrão, que fosse capaz de interoperar com o 802.11a, foi desenvolvido e
surgiu em meados de 2003, o chamado 802.11g. Este oferece altíssimas taxas,
assim como o 802.11a.
4.2.4 Vantagens e desvantagens das redes sem fio para as cabeadas
Podem-se listar as vantagens das redes locais sem fio sobre as redes
cabeadas em [8]:
• Mobilidade
• Portabilidade
• Fácil e rápida instalação e desinstalação
• Baixos custos de implantação
• Escalabilidade
Com respeito à mobilidade, este é um ponto importante e foco principal da
tecnologia wireless, pois permite que um usuário se conecte à um sistema de
rede onde quer que ele esteja desde que sob cobertura de uma rede de acesso
wireless.
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A portabilidade promove a facilidade de transporte dos equipamentos que
utilizam esta tecnologia de rede. O desenvolvimento dos comunicadores tais
como PDAs, laptops, etc tem proporcionado grande avanço neste item.
A facilidade de instalação é conquistada pois não há necessidade de obras
civis e passagem de cabos através de condutores por meio do ambiente em
questão. Desta forma, rapidez é alcançada na implantação e desmontagem de
uma rede como esta, permitindo que redes temporárias sejam organizadas para
atender a eventos tais como convenções, palestras e amostras.
Os baixos custos relacionados com essas redes, está intimamente ligado
ao quesito de facilidade de instalação. A não necessidade de que sejam feitas
obras no local, muitas vezes interrompendo as atividades ali desenvolvidas,
proporciona uma melhor distribuição dos investimentos sobre os equipamentos
que oferecerão o acesso propriamente dito, o que permite um bom planejamento
de forma a atender todas as necessidades dos usuários.
Um outro fator que culmina na redução de custos é o contínuo
desenvolvimento da tecnologia wireless, o que batareia cada vez mais seus
equipamentos e traz ao mercado formas de acesso cada vez mais rápidas,
eficientes e seguras.
Sobre a escalabilidade, os sistemas wireless permitem a fácil inserção e
remoção de qualquer terminal remoto. Ao contrário das redes fixas, não é
preciso habilitar ponto ou passar cabo adicional para que uma estação possa
usufruir da rede.
Com respeito às desvantagens, a que mais é discutida dentro do setor, se
trata justamente da segurança. A preocupação surge a partir do momento em
que as redes sem fio estão enquadradas dentro do que se entende por meios
não confinados, onde a energia utilizada para as transmissões não seguem um
caminho determinado, ou seja, os sinais não são guiados. O contrário ocorre
com as redes cabeadas, onde os sinais elétricos seguem por meio de cabos que
confinam a energia e a guiam da origem até o destino em uma comunicação.
Segundo esse entendimento, em uma rede de acesso sem fio, não é
possível limitar a cobertura do sinal, e como um usuário somente necessita estar
dentro desta área para entrar na rede, fica fácil um invasor agir. Em uma rede
cabeada, o invasor precisa se conectar fisicamente a um ponto na rede. Assim
sendo, tornou-se necessário o desenvolvimento de técnicas que garantam a
segurança em um ambiente como este.
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4.2.5 Componentes de WLANs
Os componentes presentes nas redes WLAN são diferentes daqueles que
constituem uma rede cabeada como a Ethernet, por exemplo. Os equipamentos
até desempenham as funções básicas bem semelhantes ao modelo tradicional,
porém as executam sob uma nova ótica, a da comunicação via rádio. Podem-se
listar os principais equipamentos e suas funções como segue.
Access Point
O Access Point ou Ponto de Acesso ou ainda AP, exerce a mesma função
que um hub em uma rede cabeada, mas devem ainda, realizar o controle de
potência das estações terminais para fins de economia de bateria, permitir o
roaming e sincronização. A sincronização é implementada através do envio
periódico de quadros beacon para as estações, de tal forma que elas possam
programar o momento em que devem ligar seu receptor para receber
mensagens.
A Figura 4.2 [57] apresenta um AP que serve como um ponto de conexão
via rádio das estações, fixas ou móveis, com a rede de serviços. Cada AP possui
sua própria área de cobertura e todos os usuários que estiverem cobertos por
ele, poderão usufruir os serviços oferecidos pela rede, como servidores de
arquivos, impressão, acesso à Internet, etc.
Figura 4.2 – Access Point
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Figura 4.3 – Antenas externas
A comunicação via rádio exige portanto que esses tipos de dispositivos
detenham antenas instaladas em seus módulos, normalmente em diversidade, e
que distribuem os sinais de forma homogênea por todas as direções formando
uma esfera de cobertura, são as chamadas antenas isotrópicas. Porém, nem
sempre estes tipos de antenas atendem de forma eficiente a demanda de
cobertura em um determinado ambiente onde se deseja implantar uma rede
wireless. Assim sendo, existem diversos tipos de antenas, como as ilustradas
pela Figura 4.3 [49], que podem ser acopladas ao AP de forma a proporcionar
melhor cobertura do sinal em local específico.
Os APs possuem ainda funcionalidades importantes tais como a
regulagem da potência de transmissão, a diversidade de antenas como já
mencionado, as saídas cabeadas diversas para conexão com a rede fixa,
mecanismos de segurança, etc.
Wireless Bridge
Um outro dispositivo interessante é a Wireless Bridge, como a
representada pela Figura 4.4 [49] que possui a função de estabelecer, de forma
half-duplex, a comunicação entre duas ou mais redes. Esta é uma necessidade
comum atualmente, quando se deseja interligar dois ambientes em uma mesma
rede e estes estão separados por distâncias relativamente grandes como uma
rua. Esta conexão é feita entre duas ou mais Bridges, configurando assim
conexões ponto-a-ponto ou ponto-multiponto.
Como funcionalidades extras, a maior parte das Bridges existentes no
mercado podem ser configuradas como simples repetidores através do Repeater
mode. Esta funcionalidade é muito útil para estabelecer comunicação entre
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longas distâncias, acarretando, entretanto, diminuição da taxa de transmissão,
por ser half-duplex.
Estas interligações podem ser muitas vezes temporárias para oferecer
mais flexibilidade durante o processo de implantação. Este tipo de equipamento
também pode ser configurado como um Access Point comum.
Figura 4.4 – Wireless Bridge
Workgroup Bridge (WB)
Uma Workgroup Bridge, como a da Figura 4.5 [49], é similar a uma
Wireless Bridge, porém, ela é um dispositivo a ser utilizado no ambiente do
usuário, onde se procura fazer uma extensão da rede sem fio através da
conexão com um AP. Ou seja, instala-se um AP no ponto de terminação de uma
rede cabeada e uma WB no ponto onde se deseja proporcionar cobertura rádio.
O AP e a WB se comunicarão por meio de suas antenas permitindo atender
àquela determinada região.
Figura 4.5 – Workgoup Bridge
Adaptador cliente
Os adaptadores wireless das estações cliente permitem que o usuário final
se conecte a uma rede sem fio através de autenticação e associação, por meio
de um AP. Estes adaptadores podem ser instalados em microcomputadores
convencionais, em laptops, ou ainda palms. Os dois primeiros estão refletidos na
Figura 4.6 [57]. Eles são constituídos por um circuito e antenas omnidirecionais
propagando a energia por todas as direções.
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Figura 4.6 – Client Adapters
4.2.6 Topologias de Wireless LAN
As redes wireless possuem o princípio básico de cobertura celular já
consagrada pelos sistemas celulares tradicionais. No ambiente WLAN, as
células são chamadas de BSA (Basic Service Area), onde um grupo de estações
são atendidas, formando-se o que se chama de BSS (Basic Service Set). O
tamanho de uma célula depende das características do ambiente e das unidades
transmissoras e receptoras usadas nas estações. Em qualquer ponto dentro
desta área de cobertura, um terminal deve ser capaz de usufruir os recursos que
a rede proporciona. O equipamento que gera uma célula é o AP, como já dito
anteriormente, mas também pode haver comunicação sem a presença de um
Access Point, quando os terminais conversam diretamente entre si.
A cobertura a ser disponibilizada em um determinado ambiente de
trabalho, deve levar em conta diversos fatores imprescindíveis para a boa
eficiência da rede local sem fio. É importante se conhecer bem o local que será
atendido por esta rede, bem como a quantidade de terminais e de tráfego gerado
por cada um deles. A isto deve estar associado à quantidade média de usuários
simultaneamente ativos na rede. [5]
As redes wireless podem ser dispostas segundo topologias variadas. A
primeira delas, chamada de Peer-to-Peer ou Ad-Hoc pode ser montada por meio
de dois terminais de usuário com adaptadores sem fio. Essa topologia é
denominada de ponto-a-ponto, pois envolve somente estes dois terminais, sem a
presença de um AP. Desta maneira, os recursos de um terminal podem ser
acessados pelo outro e vice-versa, configurando-se assim um esquema onde
cada um dos terminais pode ser cliente e também servidor. Essa topologia
também é conhecida como IBSS (Independent Basic Service Set). A Figura 4.7
[1] apresenta bem este modelo de rede.
Figura 4.7 - Rede sem fio ponto-a-ponto
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Essa topologia é a única Não-Estruturada, as demais que se seguem são
todas do tipo Infra-Estruturadas, pois o AP faz o papel de uma ponte interligando
as estações remotas à rede cabeada.
A segunda forma de conexão entre terminais é através de um Ponto de
Acesso ou AP que proporciona cobertura em uma determinada região. Também
chamada de estrutura Unicelular ou ainda BSS, qualquer estação, fixa ou móvel,
desde que autorizada, é capaz de se associar a esta rede sem fio desde que
dentro da área coberta por esta BSS, que certamente é maior que a topologia
anterior. Como mostra a Figura 4.8 [1], um AP permite que uma estação de
usuário se conecte a uma rede cabeada, usufruindo os serviços por ela
oferecidos. Porém, existe um limite de acessos a um AP. Os mais novos padrões
permitem, por exemplo, que algumas dezenas de dispositivos de clientes se
associem a ele.
Figura 4.8 - Cliente e Ponto de Acesso
Apesar dos APs proporcionarem uma grande área de cobertura, ela muitas
vezes não atende às reais necessidades de um projeto. Para tal, é preciso fazer
uso de mais de um Ponto de Acesso, como o da Figura 4.9 [1], interligados por
um Sistema de Distribuição (Distribuition System ou DS), surgindo assim, a
estrutura do tipo ESS (Extended Service Set). A área total coberta por estes APs
é denominada de ESA (Extended Service Area). De acordo com a disposição
destes APs, sub-estruturas ou configurações aparecem de forma a procurar
atender da melhor maneira possível a demanda local pelos serviços da rede.
Para se verificar a forma como a rede deve ser instalada, é feito o site
survey e através dele estimam-se os melhores pontos em que os APs devem ser
dispostos para que toda a área de interesse seja coberta, não restando espaços
mal atendidos. Caso os terminais sejam de usuários móveis, a movimentação
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dos mesmos através das diversas células caracteriza o que se chama de
roaming, não ocorrendo a perda de conexão quando os terminais se
movimentam entre as células de cobertura, ou seja, os APs transferem as
conexões dos usuários com os outros APs de maneira transparente. [7]
Figura 4.9 - Configuração com superposição celular
O modelo seguinte de topologia possível, faz uso das WBs para
proporcionar uma extensão à rede sem fio. As WBs funcionam como Pontos de
Acesso, mas elas não estão conectadas à rede cabeada como os APs. Caso a
distância entre a WB e o AP for muito grande e não se consiga comunicação
com eficiência, podem ser utilizadas antenas externas que devem ser acopladas
aos equipamentos para que se consigam melhores resultados. A Figura 4.10 [1]
a seguir torna fácil o entendimento.
Figura 4.10 - Configuração Multi-Hop
A última topologia comentada é a que faz uso de antenas direcionais, ou
seja, que direcionam as ondas eletromagnéticas de forma a concentrar a energia
do sinal em uma única direção, proporcionando maior alcance. Este tipo de
arquitetura é bastante útil quando se deseja interligar diferentes redes wireless
distantes entre si como é apresentado na Figura 4.11 [1].
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Figura 4.11 - Utilização de Antenas Direcionais
Existe ainda um outro tipo de configuração chamada de Multicelular,
representada pela Figura 4.12 [19]. Segundo ela, os APs são posicionados de tal
forma que suas células são quase que totalmente sobrepostas. Esta solução
aumenta a vazão disponível para os terminais que ali se encontram, porém, cada
um dos APs deve estar configurado para operar em uma determinada frequência
para evitar interferência. Sempre que houver configuração em que áreas de
cobertura são sobrepostas, os terminais poderão se comunicar com mais de um
AP.
Figura 4.12 – Topologia Infra-estrutura (configuração multicelular)
É importante também comentar que uma rede mista pode ser configurada
utilizando-se mais de um tipo de arquitetura, tornando a rede sem fio bastante
flexível, uma de suas principais vantagens procura atender às inúmeras
necessidades dos usuários. [9]
O Sistema de Distribuição está presente em todas as topologias infra-
estruturadas e apesar de sua implementação não ser especificada no padrão
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802.11, este padrão especifica os serviços que o DS deve suportar. Esses
serviços englobam os Serviços de Estações (Station Services - SS) e os
Serviços do Sistema de Distribuição (Distribuition System Service - DSS).
Dentre os serviços DSS, estão a Associação, Reassociação,
Desassociação, Distribuição e Integração. Os serviços de Associação,
Reassociação e Desassociação dizem respeito à mobilidade da estação. Assim,
se um terminal remoto está se movendo dentro de sua BSS ou está parado, a
mobilidade da estação é chamada de Não-Transição. Caso uma estação se
mova entre BSSs distintas, porém, dentro da mesma ESS, a sua mobilidade é
chamada de Transição-BSS. Se ao invés disso, a estação se move entre ESSs
diferentes, ocorre uma Transição-ESS.
Para que uma estação de usuário deseja utilizar os serviços oferecidos
pela rede, ela deve se associar a uma BSS, o que é feito através da sua
Associação a um Ponto de Acesso. As associações devem ser dinâmicas pois
as estações se movem, ligam e desligam, porém, deve-se respeitar a regra de
que uma estação só pode se associar a um único AP. Isto assegura que o
Sistema de Distribuição sempre saberá onde a estação está. A Associação
suporta a Não-transição, mas não é suficiente para suportar a Transição-BSS.
A Reassociação por sua vez, permite que uma estação transfira sua
associação de um Ponto de Acesso para outro, e assim como a Associação, é
iniciada pelo terminal do usuário. Já a Desassociação ocorre quando a
Associação entre uma estação e um AP termina, podendo ser gerada por ambas
as partes. Uma estação desassociada não pode enviar ou receber dados, ela
está logicamente fora da rede.
Os Serviços de Estações são Autenticação, De-Autenticação, Privacidade,
entrega da MAC Service Data Unit (MSDU). Com um sistema sem fio, as
estações devem estabelecer primeiro sua identidade assegurando que ela é
exatamente quem ela diz que é, antes de ser permitido à estação transferir
dados. Este procedimento é a chamado Autenticação e em seguida o terminal
deve se associar a um AP.
Existem dois tipos de Autenticação oferecidos pelo padrão 802.11. O
primeiro deles é a Autenticação de Sistema Aberto (Open System
Authentication) que permite que qualquer estação se autentique na rede. O
segundo tipo é Autenticação por Compartilhamento de Chave (Key Sharing
Authentication). Para que um terminal se autentique, os usuários devem estar de
posse de uma chave compartilhada. Esta chave é implementada com o uso do
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algoritmo WEP (Wired Equivalent Privacy) e deve ser transferida para todas as
estações de forma segura.
A De-Autenticação ocorre quando tanto uma estação quanto um AP quer
terminar com a autenticação de um terminal de usuário. Quando isto acontece, a
estação é automaticamente desassociada.
A Privacidade é um serviço obtido através de um algoritmo de encriptação,
o qual é utilizado de forma que outros usuários do padrão 802.11 não possam
“enxergar” o tráfego da rede. O padrão IEEE 802.11 especifica o WEP como um
algoritmo opcional para satisfazer a privacidade, e caso ele não seja utilizado, as
estações estarão no estado “clear” ou “red”, o que significa que a informação não
está encriptada.
Todas as estações começam a transmissão no estado clear até que sejam
autenticadas. A entrega da MSDU garante que a informação na MSDU seja
entregue ao serviço de controle de acesso ao meio dos pontos de acesso.
O WEP é utilizado para proteger as estações autorizadas dos hackers.
Este algoritmo pode se quebrado e está relacionado diretamente com o tempo
que uma chave está em uso. Para contornar este fato, o WEP permite que a
chave seja modificada para prevenir ataques fortes ao algoritmo, que pode ser
implementado em hardware ou software. A razão pela qual o WEP é opcional se
deve ao fato que a encriptação não pode ser exportada dos EUA. Isto permite
que o padrão IEEE 802.11 seja um padrão fora dos EUA, embora sem o uso de
encriptação. [1]
4.2.7 Segurança em WLANs
O padrão IEEE 802.11 inclui dois métodos de segurança: Autenticação e
Encriptação. No método de Autenticação, cada estação que se deseja conectar
à rede deve ter sua autorização avaliada. Esta avaliação se dá entre o AP e
cada estação. A Autenticação pode ser de chave compartilhada (Shared Key) ou
de Sistema Aberto (Open System).
No caso de utilização de Sistema Aberto, uma estação pode obter
autenticação conhecendo apenas o nome identificador da rede (SSID) e
solicitando a autenticação. Num sistema totalmente aberto, os APs transmitem
seus SSIDs em intervalos regulares, permitindo assim a autenticação de
qualquer usuário sem qualquer preocupação com a segurança da rede. Uma
primeira medida de segurança pode ser implementada inibindo a transmissão
aberta dos SSIDs o que obriga os usuários a conhecer, pelo menos, o nome da
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rede. Os APs que recebem a solicitação podem autenticar qualquer estação ou
apenas um grupo pré-definido de estações, identificadas pelo seu endereço
MAC. Esta técnica é chamada de MAC Adress Filtering e corresponde a uma
medida adicional de segurança.
No caso do uso de chave compartilhada, apenas as estações que
possuem uma chave secreta podem se autenticar na rede. A chave
compartilhada pode ser utilizada em combinação ou não com MAC Address
Filtering.
Mesmo que esta estratégia seja implementada, não é possível evitar que
um hacker altere o endereço MAC de fábrica por um localmente administrado,
escolhendo-o aleatoriamente até que um MAC válido seja encontrado. Outra
possibilidade é a utilização de um sniffer de rede para identificar o tráfego de
usuários ativos e seus respectivos MACs. Utilizando-se deste endereço, o
hacker pode participar da rede como se fosse um usuário válido. Desta maneira,
pode-se concluir que a utilização do endereço MAC como método de
autenticação não é aconselhável e seguro.
A Encriptação tem como objetivo elevar o nível de segurança de uma
WLAN para que este seja comparável ao de uma rede cabeada. A técnica
utilizada no padrão 802.11b, conhecida como WEP (Wired Equivalent Privacy),
utiliza um algoritmo de encriptação chamado de RC4. Este algoritmo foi
desenvolvido para prover características tais como ser razoavelmente forte,
possuir auto-sincronia, eficiência computacional, ser exportável e opcional.
A técnica de segurança WEP também não fornece um nível de segurança
ideal contra invasões à rede por hackers. Para tal, o IEEE continua estudando
novas medidas de segurança para as redes wireless. De fato, existem alguns
mecanismos básicos de segurança incluídos na especificação e que podem ser
empregados de modo a tornar a rede mais segura, mas mesmo com a adoção
desses mecanismos, o potencial risco de invasão continua sendo elevado.
Com o objetivo de melhorar os mecanismos de segurança, o IEEE criou
um novo grupo de estudo, denominado 802.1x, cuja especificação foi ratificada
em Abril de 2002.
Inicialmente, a intenção era padronizar a segurança em portas de redes
wired ou cabeadas, mas ela se tornou aplicável também às redes wireless [10].
No padrão 802.1x, quando um dispositivo solicita acesso a um AP, este requisita
um conjunto de credenciais. O usuário então fornece esta informação, segundo
uma política repassada pelo AP para um servidor RADIUS, que efetivamente o
autenticará e o autorizará. O protocolo utilizado para informar estas credenciais
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chama-se EAP (Extensible Authentication Protocol), uma base a partir da qual os
fabricantes podem desenvolver seus próprios mecanismos para a troca de
credenciais. Existem atualmente cinco tipos diferentes de autenticação: EAP-
MD5, EAP-TLS, EAP-CISCO (ou LEAP), EAPTTLS e EAP-PEAP.
Motivado pelas deficiências de segurança e gerenciamento apresentadas
pelo WEP desde que foi padronizado pelo comitê 802.11b, o IEEE criou ainda
um novo grupo de trabalho, o 802.11i, preocupado principalmente em definir
boas práticas de segurança. Apesar de o trabalho ainda estar em andamento,
muito já foi feito e alguns novos mecanismos já são fornecidos pelos fabricantes
para as redes wireless legadas, como o PKIP, MIC e o Broadcast Key Rotation.
O padrão 802.11i aborda a utilização de um novo mecanismo de
criptografia para as novas redes wireless 802.11a e 802.11g de alto
desempenho, chamado de AES-OCB (Advanced Encryption Standard –
Operation Cipher Block). Esta nova técnica de criptografia foi recentemente
adotada pelo governo norte-americano em substituição ao 3DES. O objetivo é
que o AES-OCB seja muito mais forte do que a combinação WEP/PKIP.
4.2.8 Camada MAC
A Camada MAC desempenha as funções de Controle de Acesso ao Meio e
para tal, implementa o mecanismo de criação de quadros ou frames para
atender às redes sem fio segundo o padrão 802.11 que define vários tipos de
frames que as estações e os Access Points utilizam para suas comunicações.
Não é o objetivo deste trabalho detalhar os campos de um quadro MAC [1] e as
funções de coordenação utilizadas para controlar o acesso ao meio [22]. Porém,
um breve descritivo é interessante de ser feito para informação ao leitor.
Estes quadros surgem com a necessidade de se gerenciar e controlar a
comunicação sem fio bem como possibilitar o tráfego da informação em si. Desta
forma, o padrão 802.11 especifica os frames de gerenciamento (Management
Frames), os frames de controle (Control Frames) e os frames de transporte de
dados (Data Frames).
a) Management Frames
Permitem que as estações remotas e os APs estabeleçam e mantenham
as comunicações ativas. Os sub-tipos de frames de gerenciamento mais comuns
são:
Frame de Autenticação: A remota inicia o processo de autenticação
enviando para o AP este quadro contendo sua identidade e o AP responde com
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um único quadro de aceitação ou rejeição. Outras formas de autenticação
podem ser empregadas envolvendo criptografia mas não são objeto deste
estudo.
Frame de Des-Autenticação: Um AP ou uma estação remota podem
enviar este tipo de quadro caso desejem terminar uma comunicação.
Frame de Solicitação de Associação: A associação permite que um AP
aloque recursos e se sincronize com uma remota a partir do pedido feito por ela.
Frame de Resposta à Associação: Enviado por um AP em resposta
(aceitação ou rejeição) a um pedido de associação.
Frame de Solicitação de Reassociação: Enviado por uma remota
quando a mesma se movimenta através de vários APs, saindo do que ela está
atualmente associada. O AP reassocia e coordena com o AP anterior o envio
dos dados por ele armazenados para este novo AP de forma que eles possam
ser encaminhados à remota.
Frame de Resposta de Reassociação: Utilizado quando um AP envia o
aceite ou a rejeição da reassociação de um terminal.
Frame de Des-Associação: Uma estação ou um AP podem terminar uma
associação e para isto utilizam este quadro.
Frame de Beacon: Enviados periodicamente pelos APs para difundir
parâmetros de rede sobre sua cobertura. As estações varrem os canais e
procuram identificar os beacons para que possam escolher dentre os APs
presentes, qual oferece melhor qualidade de sinal para que se associem.
Frame de Solicitação de Probe: Uma estação ou um AP enviam uma
Solicitação de Probe para obter informações de outra estação ou AP.
Frame de Resposta de Probe: Um AP responderá, por exemplo, com
este quadro informando sua capacidade, taxa de dados suportada, etc.
b) Control Frames
Estes quadros auxiliam na entrega da informação entre a origem e o
destino.
Frame Request to Send (RTS): Representa uma solicitação de envio de
dados por parte do transmissor.
Frame Clear to Send (CTS): Resposta dada por um receptor a um RTS,
permitindo que o transmissor envie os dados.
Frame Acknowledgement (ACK): Envido pelo receptor ao transmissor
informando que os dados foram recebidos com sucesso.
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c) Data Frames
Representam a informação útil proveniente das camadas superiores que
será transportada através do meio físico até alcançar o destino.
Protocolos de Acesso ao meio
a) DFWMAC (Distributed Foundation Wireless Media Access Control)
Suporta dois sub métodos de acesso ou Funções de Coordenação. Na
Função de Coordenação do tipo distribuída ou DCF (Distributed Coordination
Function), a decisão de quando haverá transmissão é tomada individualmente
por cada nó, o que pode resultar em transmissões simultâneas, gerando
conseqüentemente, colisões na rede. Por outro lado, quando a Função de
Coordenação é dita pontual ou PCF (Point Coordination Function), a decisão de
quem deve transmitir é centralizada em um único ponto.
b) Distributed Coordination Function
Este é o mecanismo básico de acesso ao meio do DFWMAC e é
conhecido como CSMA/CA. Sua implementação é obrigatória para todas as
estações e APs.
Resumidamente, a estação escuta o meio para determinar se o mesmo
está livre, transmitindo seu quadro. Caso contrário, ela aguarda o final da
transmissão que está ocupando o meio. Um modo de alocação de time slots é
usado e só permite que uma transmissão ocorra por uma remota dentro de seu
tempo. Entretanto, se nenhuma remota desejar transmitir, a rede entra em um
estado onde um método CSMA comum é utilizado até que outra transmissão
ocorra e a rede volte à pré-alocação de intervalos de tempo.
O DFWMAC acrescenta ao método CSMA/CA, um mecanismo opcional
que envolve a troca de quadros de controle RTS/CTS (Request to Send / Clear
to Send) antes da transmissão dos dados. Quando uma estação ganha a posse
do meio, ela transmite um quadro de controle RTS e a estação receptora, em
resposta envia um quadro de controle CTS avisando que está pronta para
receber os dados. Somente neste momento, o transmissor envia os quadros de
dados, que são respondidos com quadros de reconhecimento (ACK) quando as
informações são recebidas corretamente.
Essa troca de quadros é mostrada na Figura 4.13 a seguir:
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Figura 4.13 – Troca de quadros RTS/CTS
c) Point Coordination Function
Esta função é opcional e quando implementada, o DFWMAC divide o
tempo em períodos (superquadros): no primeiro, controlado pela PCF, o acesso
é ordenado (não ocorrem colisões), no segundo, controlado pela DCF, o acesso
baseia-se na disputa pela posse ao meio (podem haver colisões). [2]
4.2.9 Camada Física
A Camada Física das redes sem fio 802.11 especifica duas técnicas de
espalhamento espectral, brevemente descritas a frente, denominadas de FHSS
(Frequency Hopping Spread Spectrum) e a DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum), que utilizam a faixa de frequência de 2,4GHz chamada de ISM
(Industrial Scientific and Medical) e juntos com a especificação do infravermelho
vão formar as 3 camadas físicas definidas no padrão original. Todas estas
técnicas têm o mesmo princípio, que se baseia em espalhar a potência do sinal
em uma faixa mais larga do espectro de freqüência, reduzindo a densidade de
potência do mesmo em freqüências específicas e, conseqüentemente, reduzindo
o efeito de interferências a outros dispositivos que utilizam a mesma faixa. Estas
interferências, correspondem àquelas apresentadas por fornos de microondas,
por exemplo.
FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum
Faz uso de uma portadora de banda estreita que altera a freqüência em
operação para valores previamente conhecidos tanto pelo transmissor quanto
pelo receptor. A Figura 4.14 [1] apresenta 4 comunicações sendo realizadas
simultaneamente, onde se vê que cada uma destas segue um padrão de
freqüências distinto e que nunca coincidem no mesmo instante.
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Figura 4.14 – Frequency Hopping Spread Spectrum
Seu funcionamento básico se dá com a estação transmissora enviando e
recebendo informação por meio de uma freqüência durante um intervalo muito
pequeno de tempo, em seguida salta para outra freqüência, retoma a
comunicação e assim por diante.
Apesar dos efeitos das interferências só ocorrerem em pequenos
intervalos de tempo, da necessidade do invasor em conhecer a sequência de
frequências a seguir para violar a segurança da comunicação e da grande
escalabilidade motivada pela diversidade de sequências de saltos em
frequência, esta técnica foi praticamente descontinuada com a introdução do
802.11b, que se manteve compatível apenas com a técnica de Direct Sequence.
DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum
Baseia-se em modular o sinal em banda estreita através de um sinal em
banda larga de tal maneira que o resultado seja o sinal original espalhado no
espectro de frequências. Para tal, é necessário o uso de seqüências PN em
conjunto com uma modulação M-PSK, de modo que a fase do sinal modulado
varie aleatoriamente de acordo com este código PN (ou Chipping Code). A
sequência dos procedimentos está representada na Figura 4.15 [1].
O código PN consiste em seqüências finitas de bits “1” e “0” (ou chips),
enviados a uma taxa maior que a taxa dos bits de dados. Quanto maior for a
sequência de chips, mais larga será a banda de transmissão sobre a qual o sinal
original é espalhado. A demodulação só poderá ser feita utilizando a mesma
seqüência cifrada empregada na modulação. Caso uma seqüência diferente seja
utilizada, o sinal obtido será próximo de zero. Assim, para que um "invasor" seja
capaz de transpor esta segurança, ele teria que descobrir qual o Chipping Code
utilizado para espalhar a informação.
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Figura 4.15 – Utilização do Chipping Code
Como resultado da utilização desta técnica, após o espalhamento do sinal,
a interferência gerada por outros sistemas é de uma baixa potência em toda a
faixa, similar a um ruído branco [14,17,18]. A Figura 4.16 ilustra a influência do
sinal interferente (banda estreita) em um sinal espalhado no espectro [18].
Figura 4.16 – Influência do sinal interferente
Nota-se que o sinal desejado, após “desespalhado” pelo mesmo código
utilizado para seu espalhamento, volta a conter a informação original em um
sinal banda estreita de alta potência (Wi), enquanto que o sinal interferente,
quando espalhado (Wc) por este mesmo código, gera um sinal que interfere no
sinal desejado em toda sua faixa, mas com uma densidade espectral de potência
baixa.
Canal Frequência (GHz)
1 2.412
2 2.417
3 2.422
4 2.427
5 2.432
6 2.437
Tabela 4.4 – (a) Canais DSSS
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Canal Frequência (GHz)
7 2.442
8 2.447
9 2.452
10 2.457
11 2.462
12 2.467
13 2.472
14 2.484
Tabela 4.4 – (b) Canais DSSS
Desta maneira, observa-se que até 11 canais de aproximadamente 22MHz
podem ser disponibilizados em sistemas DSSS. A Tabela 4.4 mostra estes
canais e suas freqüências centrais, onde é possível observar que apenas três
canais não são sobrepostos: 1, 6, e 11. Isso faz com que somente três APs
podem existir dentro de uma determinada área de cobertura, cada qual com seu
canal de comunicação sem que se faça reuso de frequências.
Vale mencionar que nos Estados Unidos, são permitidos os usos dos
canais de 1 ao 11, no Reino Unido do 1 ao 13 e no Japão do 1 ao 14.
A Figura 4.17 ilustra uma implementação que utiliza os três canais não
sobrepostos discutidos, onde os APs 3 e 4 são configurados no canal 11, os APs
1 e 5 no canal 1 e os APs 2 e 6 no canal 6. É permitido se ter tal configuração
em uma rede apenas se os APs que utilizam os mesmos canais não sejam
sobrepostos, ou seja, não pode haver intersecção entre eles. A sobreposição de
Pontos de Acesso de canais diferentes em um sistema DSSS provê o mesmo
balanceamento obtido nos sistemas FHSS.
Figura 4.17 – Sobreposição de canais DSSS
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Comparação entre FHSS e DSSS
Uma comparação, como a da Tabela 4.5 [1] pode ser feita com relação às
particularidades de cada uma destas técnicas. É claro que ambas apresentam
pontos fortes e fracos e cabe ao projetista da rede sem fio determinar qual será
de melhor valia para seu projeto em particular.
DSSS FHSS
Taxa Acima de 2Mbps 1 ou 2Mbps
Escalabilidade Baixa Alta
Densidade de usuários Baixa Alta
Custo Maior Menor
Processamento de dados Maior Menor
Controle de potência Maior Menor
Imunidade ao multipercurso Menor Maior
Observações Maiores taxas e distâncias Menores taxas e distâncias
Tabela 4.5 - Comparativo entre DSSS e FHSS
Em sistemas DSSS não existe a mesma escalabilidade que está presente
nos sistemas FHSS, pois, quando utilizam o Chipping Code mínimo de 11 bits,
somente três faixas de freqüências não se sobrepõem em 2.4GHz. Isto resulta
em uma limitação de três pontos de acesso co-localizados na mesma área de
cobertura. Assim, caso a densidade de usuários de uma determinada região a
ser atendida por uma rede WLAN seja alta, a técnica de Salto em Frequência é a
mais apropriada.
Uma observação pode ser feita ainda com relação ao controle de consumo
de potência. Em sistemas DSSS, as unidades remotas podem confiar mais
facilmente na unidade central para determinar quando elas podem entrar no
power safe mode, o que ocorre de forma contrária em sistemas FHSS que
requerem que uma estação de tempos em tempos se preocupe com a
necessidade de sincronismo com as demais estações.
Técnicas de Modulação
Diversos fatores devem ser considerados no momento da opção por uma
técnica de modulação para uso nas redes locais sem fio. Fatores estes, que
envolvem principalmente a Eficiência Espectral que, simplesmente, significa
aproveitar ao máximo uma determinada faixa de frequências inserindo nela a
maior quantidade possível de canais com condições de comunicação. Esta
preocupação é ainda maior em sistemas sem fio, pois o espectro rádio é limitado
em faixa, não é infinito. Outro fator que deve ser levado em consideração é a
facilidade e custo de implementação da técnica.
O padrão 802.11 original definiu três tipos de camada física diferentes e
independentes para as redes sem-fio. Duas delas eram baseadas em técnicas
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de espalhamento espectral (spread spectrum) conforme já visto, e a terceira
baseada no uso de sistemas infravermelho. Todas elas suportam as taxas de
transmissão de 1Mbps e 2Mbps especificadas no padrão original. Mais tarde,
foram criados novos padrões, como o 802.11a, 802.11b, e o 802.11g. Estes
novos padrões visam obter maiores taxas de transmissão, utilizando para isso
novas técnicas de modulação.
Esta parte do trabalho procura apresentar de forma resumida as técnicas
de modulação utilizadas por estas três camadas, sendo que os novos padrões
nas versões “a”, “b” e “g” definem técnicas particulares.
a) Infravermelho - IR
Esta é a camada física menos utilizada atualmente em redes 802.11,
talvez por não ter sido difundida e seu uso é bastante restrito.
Seu funcionamento se dá através do uso de comprimentos de onda da
ordem do espectro da luz visível e é a mesma faixa espectral utilizada por outros
equipamentos eletrônicos comuns, como controles remotos de TVs e aparelhos
de som. Diferentemente de outros sistemas infravermelhos, a camada IR do
802.11 não é baseada somente na onda direta, mas principalmente, nas ondas
refletidas. E por este motivo é empregado seu uso somente em ambientes
fechados, dando-se o nome de Sistema Infravermelho por Difusão.
Uma característica deste tipo de sistema, é que as ondas infravermelhas
não ultrapassam paredes ou qualquer outro objeto do gênero, pondendo ser
constituída uma rede local em um ambiente fechado, inclusive fazendo fronteira
com uma outra sala ao lado. A interferência não existe e a questão da segurança
da informação é alcançada com facilidade, ficando a comunicação restrita àquela
sala.
Para esta camada física, a modulação utilizada é a PPM (Pulse Position
Modulation), na Tabela 4.6 [13]. Para 1Mbps utiliza-se o 16-PPM, que faz o
mapeamento de 4 bits em um símbolo de 16 posições, enquanto para 2Mbps
utiliza-se o 4-PPM, mapeando 2 bits em um símbolo de 4 posições.
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Tabela 4.6 – Mapeamento na modulação PPM
b) IEEE 802.11a
O padrão 802.11a surgiu da necessidade de ser obter taxas de
transmissão mais elevadas e utiliza a faixa de freqüências de 5 GHz. Como um
dos resultados alcançados com este novo padrão tem-se a redução do nível de
interferência, mas apesar disto, problemas surgiram, como a falta de
padronização desta faixa de freqüências, de propagação e de incompatibilidade
com o padrão original.
A Camada Física destes novos padrões, apresentam uma divisão em
outras duas sub-camadas, chamadas de Physical Layer Convergence Procedure
(PLCP) e Physical Medium Dependent (PMD). A sub-camada PLCP na verdade
prepara os frames (quadros) para transmissão e a sub-camada PMD
efetivamente trata da transmissão.
A sub-camada PLCP recebe, portanto, os quadros da camada MAC e
monta as chamadas PPDUs (PLCP Protocol Data Unit) que serão transmitidas
para o meio. Os campos dos quadros PPDUs do 802.11a são os seguintes [21]:
• PLCP Preamble – Consiste em 12 símbolos e possibilita o receptor
a adquirir um novo sinal entrante;
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86
• Rate – Identifica a taxa de dados do quadro conforme Tabela 4.7
[21], porém os campos da PLCP são sempre enviados na mais
59 dos SANTOS, A. L. A Tecnologia WLAN e sua aplicação em soluções
Wi-Fi. CETUC/PUC-RJ, Rio de Janeiro, 2004.
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Glossário
A
Acesso
Modo pelo qual um usuário pode se conectar à rede de telecomunicações,
como pares de fios metálicos, fibras ópticas, ondas de rádio, via satélite, TV a
Cabo, etc.
Área de cobertura
Extensão territorial atingida pelos sinais de um ponto de acesso em várias
direções. O mesmo conceito vale para a região coberta por um satélite.
Área de sombra
Local dentro de uma área de serviço onde obstáculos, paredes, edifícios,
viadutos ou montanhas bloqueiam a propagação das ondas de rádio, impedindo
a comunicação de um terminal nela presente.
Arquitetura
Descreve os tipos de componentes, interfaces e protocolos utilizados e
como eles se interagem, ou seja, representa a topologia da rede.
Atraso
Tempo necessário para que um sinal rádio originado em um ponto A
chegue até um ponto B. Ocasionalmente podem ser acrescentados atrasos
relativos ao processamento interno dos componentes da rede.
B
Banda Básica
Sistema de transmissão no qual os sinais são enviados um de cada vez na
sua freqüência original (não modulados).
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Banda de frequências
É a porção ou faixa do espectro de freqüências compreendida por duas
freqüências-limite. A largura de banda é a diferença entre essas duas
freqüências, independentemente de onde elas estão no espectro.
Banda larga
Sistema de transmissão no qual os sinais são codificados e modulados em
diferentes freqüências e então transmitidos simultaneamente com outros sinais.
Bridge
Dispositivo utilizado para conectar LANs através do envio de pacotes por
conexões na subcamada MAC da camada de enlace do modelo OSI.
bps
Significa “bits por segundo”, uma medida de velocidade com que
equipamentos digitais podem transferir dados.
C
Camada de Aplicação
Camada do modelo OSI que diz respeito aos programas de aplicação,
como correio eletrônico, software de servidor de acesso, e gerenciamento de
base de dados.
Camada de Enlace
Camada do modelo OSI que faz a montagem e transmissão dos pacotes
de dados, incluindo o controle de erro.
Camada Física
Camada do modelo OSI que estabelece a transmissão dos dados no meio
de transmissão.
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)
Método de controle de acesso ao meio utilizado na subcamada MAC no
padrão IEEE 802.11.
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Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)
Método de controle de acesso ao meio utilizado na subcamada MAC no
padrão IEEE 802.3.
Célula
Subdivisão geográfica da região atendida pela rede local sem fio. Cada
célula tem um conjunto de transmissores, receptores e antenas responsáveis
pela comunicação.
Cliente
Computador que acessa os recursos de um servidor de informações ou
aplicações.
Cliente/Servidor
Ambiente de rede no qual a aplicação é distribuída entre um servidor,
fornecedor dos serviços, e um cliente ou usuário remoto.
Code Division Multiple Access (CDMA)
Tecnologia de acesso múltiplo utilizado em sistemas de espectro
espalhado que utilizam diferentes códigos para identificar os usuários.
Colisão
Ocorre quando transmissões simultâneas são conflitantes nas dimensões
de frequência e tempo em um sistema de comunicação.
D
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
Um tipo de tecnologia spread-spectrum que espalha o sinal continuamente
através de uma banda de freqüência larga.
Desvanecimento Multipercurso
Tipo de desvanecimento causado por sinais que tomaram diferentes
caminhos durante sua propagação entre o transmissor e o receptor,
consequentemente causando interferência no destino.
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E
Espectro de freqüências
É um grupo de freqüências de um tipo qualquer de radiação. Por exemplo,
o espectro visível é um grupo de freqüências de luz que pode ser percebido por
seres humanos.
Estação móvel
É o computador portátil do usuário.
Ethernet
Padrão industrial para LANs (redes locais) que utiliza a topologia em
estrela.
F
Frequency Division Multiple Access (FDMA)
Tecnologia de Rádio Digital que divide o espectro disponível em canais
separados. Pode ser utilizado em conjunto com as tecnologias TDMA e CDMA.
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Tipo de comunicação de rádio na qual o transmissor e o receptor saltam
em sincronismo de uma freqüência para outra de acordo com uma função
padrão.
Frequency Shift Keying (FSK)
Tipo de modulação para comunicação de dados usando um número
limitado de freqüências discretas para representar informações binárias.
Fenômeno perto-longe
Pode ser explicado através de uma situação em que duas unidades
móveis estão tentando se comunicar com o mesmo ponto de acesso, e que a
unidade A está mais perto que a B, e ambas estão dentro da área de cobertura.
Como a unidade A está mais perto, seu sinal de rádio é mais forte. Se as duas
unidades tentarem transmitir ao mesmo tempo, pode acontecer de a unidade B
nunca conseguir um acesso. Existem protocolos de acesso para evitar este
fenômeno.
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Freqüência
É o número de vezes por segundo que um sinal repete um ciclo de 360º.
Em geral, a freqüência é medida em Hertz (Hz).
Full duplex
Transmissão dos sinais gerados por duas fontes nos dois sentidos
simultaneamente. Uma conversa ao telefone ocorre por conexão full duplex,
embora uma conversa seja geralmente half duplex.
H
Handheld
Computador portátil de pequeníssimo porte que já é capaz de se
comunicar em rede com outros dispositivos por meio de ondas rádio.
Half duplex
Transmissão dos sinais gerados por duas pessoas ou máquinas nos dois
sentidos, um de cada vez.
Hand-off
Em telefonia celular, é a passagem do controle de um assinante em
movimento de uma ERB para outra. Associada ao hand-off, há a troca de canal
pelo qual o assinante vai continuar sua conversa. Dentro da cobertura de uma
ERB, o assinante usa um canal, na outra ERB, vai ter de usar outro canal.
Quando há troca de freqüências, dá-se o nome de hard hand-off.
HPA
Amplificador de alta potência responsável por elevar o nível de potência de
um sinal para transmissão através do meio satélite.
I
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Instituto de Engenharia Elétrica e Eletrônica.
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IEEE 802.3
Padrão IEEE para redes locais que utiliza a topologia de barramento e
CSMA/CD como tecnologia de controle de acesso ao meio. Embora 802.3 não
seja tecnicamente Ethernet, este nome é comumente utilizado para referenciá-la.
IEEE 802.11
Padrão IEEE para redes locais sem fio. O padrão 802.11 define as
soluções de espectro espalhado para a tecnologia Frequency Hopping e Direct
Sequence Spread Spectrum para utilização na faixa ISM (Industrial, Scientific,
Medical) de 2,4GHz.
Indoor
Identifica os ambientes internos à construções onde ocorre a emissão de
ondas eletromagnéticas provenientes da comunicação entre terminais de uma
rede sem fio.
Interferência
Qualquer emissão, irradiação, indução e ruído eletromagnético que
interrompa, perturbe ou degrade a recepção de sinais de telecomunicações.
Internet
Rede mundial de computadores, surgida nos anos 60 e popularizada há
alguns anos. Permite que usuários de vários tipos de computadores no mundo
inteiro se comuniquem por meio de um protocolo comum (TCP/IP). A Internet
pode ser acessível por linhas telefônicas, redes de TV a cabo, satélites de
comunicação, redes wireless, redes celulares, dentre outros meios.
L
LAN (Local Area Network)
Define as interligações de computadores que se encontram em um mesmo
ambiente.
M
MAC (Media Access Control)
Protocolo utilizado para controlar o acesso ao meio de transmissão de uma
rede.
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Microondas
Nome genérico e popular que designa três faixas de ondas
eletromagnéticas (ondas de rádio): Ultra High Frequency (UHF), de 300MHz a
3GHz; Super High Frequency (SHF), de 3GHz a 30GHz; e Extremely High
Frequency (EHF), de 30GHz a 300GHz.
Modulação
O processo pelo qual se alteram as características de uma onda (de rádio
ou elétrica), de forma que as alterações possibilitem sua transmissão através do
meio de forma eficiente. A modulação pode alterar a amplitude da onda
(modulação em amplitude AM), ou sua freqüência (modulação em freqüência
FM), ou sua fase (modulação por deslocamento de fase, PSK), ou ainda
combinar várias dessas alterações.
Modulação QPSK
Quadrature Phase Shift Keying. É um tipo de modulação em que grupos de
dois bits consecutivos são representados por alterações na fase de uma onda
portadora. Se do sinal digital a ser modulado (fonte de sinal) vem um conjunto
“00”, não há alteração de fase. Se da fonte vem “01”, a freqüência portadora
salta 90 graus. Se vem “10”, há um salto de 180 graus. E se vem “11”, há um
salto de 270 graus. Observe que a modulação QPSK reduz a quantidade de
eventos do sinal de entrada (os bits) à metade ou, em outras palavras, a
portadora modulada apresenta um número de eventos (alterações de fase) que
corresponde à metade dos eventos da fonte de sinal. E, como se sabe, quanto
mais complexa é uma onda de rádio, mais espectro ela ocupa.
Multiplexador
Equipamento que combina diversos canais de entrada em um único sinal
de saída.
N
Nó da rede
Qualquer equipamento de comunicação da rede, como uma estação
remota, uma bridge, um roteador, uma VSAT.
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O
Open Systems Interconnection (OSI) Model
Modelo de sete camadas desenvolvido para facilitar a interconexão de
diferentes computadores de rede.
Outdoor
Identifica os ambientes externos às construções, como um campus
universitário, onde ocorre a emissão de ondas eletromagnéticas provenientes da
comunicação entre terminais de uma rede sem fio.
P
Pacote
Unidade básica de mensagem para comunicação através da rede.
Peer-to-peer network
Topologia de rede na qual cada estação compartilha seus recursos e usa
recursos de outras estações diferentemente do modelo cliente-servidor.
Ponto de Acesso
Dispositivo especial presente em redes locais sem fio infraestruturada, que
faz a interface entre a rede sem fio e uma rede de acesso a um backbone, como
as redes satélite.
Portadora
É a onda de rádio centrada em um valor de frequência e modulada por
algum tipo de informação, segundo um método específico.
Propagação
Deslocamento de um sinal elétrico através de uma linha de transmissão ou
de um sinal de rádio através do espaço.
Protocolo
Conjunto de regras de comunicação de padrões de conexão elétrica ou
eletromagnética pelo qual duas máquinas trocam informações.
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R
Rádio Frequência (RF)
Termo genérico utilizado para a tecnologia baseada em rádio.
Roaming
Ocorre quando um usuário de terminal móvel se movimenta de um ponto
de acesso a outro sem a necessidade deste realizar uma nova conexão.
S
Sinalização
Troca de informações necessárias ao estabelecimento, controle de
conexões e operações de uma rede de comunicação.
T
TDM (Time Division Multiplex)
Técnica em que um mesmo canal é usado por vários usuários, um de cada
vez, a seu tempo.
TDMA (Time Division Multiple Access)
Técnica de acesso baseada na multiplexação por tempo. Cada usuário tem
a seu dispor toda a largura de banda do canal, durante um certo tempo.
Triple Play
Termo atual que identifica a existência de três tipos de aplicações em uma
rede de comunicação: dados, vídeo e voz.
U
UIT
UIT ou ITU - União Internacional das Telecomunicações. Órgão da
Organização das Nações Unidas (ONU) que procura estabelecer padrões
mundiais.
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V
VSAT
Very Small Apperture Terminal – assim denominadas as estações remotas
de pequeno porte, com antenas de diâmetro de até 2,4m.
W
WI-FI
Wireless Fidelity – padrão de comunicação sem fio nas faixas de 2,4GHz e
5,2GHz que pode ser utilizado em ambientes abertos ou fechados.
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