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Tecnologias de Redes sem Fio Omar Branquinho A RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa – é qualificada como uma Organização Social (OS), sendo ligada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e responsável pelo Programa Interministerial RNP, que conta com a participação dos ministérios da Educação (MEC), da Saúde (MS) e da Cultura (MinC). Pioneira no acesso à Internet no Brasil, a RNP planeja e mantém a rede Ipê, a rede óptica nacional acadêmica de alto desempenho. Com Pontos de Presença nas 27 unidades da federação, a rede tem mais de 800 instituições conectadas. São aproximadamente 3,5 milhões de usuários usufruindo de uma infraestrutura de redes avançadas para comunicação, computação e experimentação, que contribui para a integração entre o sistema de Ciência e Tecnologia, Educação Superior, Saúde e Cultura. Ministério da Cultura Ministério da Saúde Ministério da Educação Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação Tecnologias de Redes sem Fio Omar Branquinho Tecnologias de Redes sem Fio Omar Branquinho Rio de Janeiro Escola Superior de Redes 2014 Copyright © 2014 – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa – RNP Rua Lauro Müller, 116 sala 1103 22290-906 Rio de Janeiro, RJ Diretor Geral Nelson Simões Diretor de Serviços e Soluções José Luiz Ribeiro Filho Escola Superior de Redes Coordenação Luiz Coelho Edição Lincoln da Mata Revisão técnica João Paulo Leite Equipe ESR (em ordem alfabética) Adriana Pierro, Celia Maciel, Cristiane Oliveira, Derlinéa Miranda, Edson Kowask, Elimária Barbosa, Evellyn Feitosa, Felipe Nascimento, Lourdes Soncin, Luciana Batista, Luiz Carlos Lobato, Renato Duarte e Yve Abel Marcial. Capa, projeto visual e diagramação Tecnodesign Versão 1.4.1 Este material didático foi elaborado com fins educacionais. Solicitamos que qualquer erro encon- trado ou dúvida com relação ao material ou seu uso seja enviado para a equipe de elaboração de conteúdo da Escola Superior de Redes, no e-mail [email protected]. A Rede Nacional de Ensino e Pesquisa e os autores não assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas, a pessoas ou bens, originados do uso deste material. As marcas registradas mencionadas neste material pertencem aos respectivos titulares. Distribuição Escola Superior de Redes Rua Lauro Müller, 116 – sala 1103 22290-906 Rio de Janeiro, RJ http://esr.rnp.br [email protected] Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) B816t Branquinho, Omar Tecnologias de Redes sem Fio / Omar Branquinho. – Rio de Janeiro: RNP/ESR, 2014. 178 p. : il. ; 27,5 cm. Bibliografia: p.157-159. ISBN 978-85-63630-49-0 1. Redes sem fio. 2. Redes de sensores sem fio. 3. Redes sem fio – planejamento e implantação. I. Título. CDD 681.2 Sumário Escola Superior de Redes A metodologia da ESR xiii Sobre o curso xiv A quem se destina xiv Convenções utilizadas neste livro xiv Permissões de uso xv Sobre o autor xvi 1. Redes sem fio – Visão geral Surgimento da comunicação sem fio 1 Evolução das comunicações sem fio 2 Transporte de voz 3 Voz sobre rádio 3 Telefonia móvel 4 Telefonia móvel celular 4 Transporte de vídeo 5 Transporte de dados 6 Redes de dados sem fio 6 WPANs 7 WPANs e IEEE (802.15) 7 WLANs 8 WLANs e IEEE 802.11 8 iii WMANs 9 WMANs e IEEE 802.16 9 WWANs 10 WWANs e IEEE 802.20 10 WRANs 10 WRANs e IEEE 802.22 11 A emergência do IEEE 802.11 11 Wi-Fi Alliance 12 Evolução comercial do padrão 12 Emendas ao IEEE 802.11 13 Propostas de emendas 14 2. Conceitos básicos de ondas e propagação Ondas eletromagnéticas e comunicação de dados 15 Caracterização das ondas eletromagnéticas 16 Amplitude 16 Frequência 16 Comprimento de onda 17 Transmissão de informação 17 Largura de banda 19 Taxa de transmissão 19 Técnicas de transmissão 20 Técnicas básicas de modulação 20 Amplitude Shift Keying (ASK) 21 Frequency Shift Keying (FSK) 22 Phase Shift Keying (PSK) 23 Differential Phase Shift Keying (DPSK) 23 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) 24 Spread Spectrum – Frequency Hoping 24 Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 25 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) 25 Link de rádio 27 iv Definição de decibel – dB 27 Valores absolutos de potência: dBW e dBm 28 Conversão de dBm para miliwatts 29 Cálculo da potência em miliwatts 29 Estudo de propagação 30 Atenuação 30 Atenuação no espaço livre 30 Outros efeitos 31 Efeito de múltiplos percursos 32 Refração e reflexão 32 Difração 33 Espalhamento 33 Ambientes para Wi-Fi 34 3. Arquiteturas de redes IEEE802.11 Introdução: uso de redes sem fio 35 Introdução: redes IEEE802.11 36 IEEE802.11 e Wi-Fi 36 A, B, G e N (BANG!) 37 Codificações 37 Modos de operação: ad hoc 38 Modos de operação: infraestrutura 39 Modos adicionais 40 Componentes de hardware 41 Componentes em redes ad hoc 41 Componentes em redes com infraestrutura 42 Arquitetura: BSS 42 Arquitetura: IBSS 42 Arquitetura: Infrastructure BSS 43 Arquitetura: ESS 43 BSSID 44 Fluxo de dados em um ESS 44 v SSID 45 SSID na estação 46 SSID no AP 47 Sistemas de distribuição 47 WDS 48 Wireless bridges 48 4. Equipamentos para redes IEEE 802.11 Conceito de antena 49 Características de uma antena 50 Padrão de irradiação de uma antena 50 Diagrama de irradiação 52 Ganho 53 Outras características das antenas 53 Reciprocidade 54 Tipos mais comuns de antenas 54 Antenas para Wi-Fi: pontos de acesso 54 Antenas para Wi-Fi: externas 55 Antenas para Wi-Fi: estações cliente 55 Antenas artesanais para Wi-Fi 56 Cabos para Wi-Fi 57 Conectores 57 Pigtail 58 Outros componentes 58 Pontos de acesso 58 Pontos de acesso Customer-grade 59 Pontos de acesso Enterprise-grade 59 Thick APs 60 Thin APs 60 APs modulares e APs especializados 61 Software proprietário ou aberto? 61 Interfaces clientes 62 vi