Câmeras IP I: Estudo Viabilidade de Transmissão Com e Sem Fio A iminente explosão da tecnologia entrega cada vez mais soluções aos problemas do mercado. Assim temsido também com a segurança. As câmeras de vigilância que antes necessitavam de altíssimosinvestimentos podem hoje ser compradas em lojas de varejo e por preços acessíveis. Com o avanço dasredes e a implantação do TCP/IP, vigiar tornou-se mais fácil e a mobilidade entrou como enormevantagem. Além disso, a convergência IP padronizou as redes ethernet em geral, tornando totalmentepossível a conversação e a compatibilização entre diferentes sistemas, interconectando redes decomputadores, de vídeo-vigilância, de automação, de combate a incêndio, e outros. Atualmente câmeras IP podem ser conectadas com ou sem cabos, utilizando cabos par-trançado outecnologia wireless, facilitando ainda mais seu limite de instalação. Contudo, redes de comunicaçãoprecisam ser bem projetadas para que tenham um desempenho satisfatório. Há uma limitação develocidade, distância, nível de sinal e largura de banda para cada meio de transmissão escolhido paratransportar a informação. Esta série de tutoriais apresenta um estudo comparativo das tecnologias de cabeamento par-trançado ewireless, de forma a dar rumo para cada uma das soluções de transmissão e firmar cada uma delas em suamelhor utilização para a implantação de Câmeras IP. Os tutoriais foram preparados a partir do trabalho de conclusão de curso “Modelos de Competição noSetor de Telecomunicações para Serviços de Banda Larga”, elaborado pelo autor, apresentado comorequisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Telecomunicações na FaculdadeAssis Gurgacz – FAG. Foi orientador do trabalho o Prof. Ewerson Luiz Poisk. Este tutorial pare I apresenta os fundamentos teóricos necessários para que os testes comparativos de usodas soluções de transmissão de sinais das câmeras IP tornem-se possíveis e corretos. Inicialmente sãoapresentadas noções de comunicação, com ênfase nos sinais transmitidos, e a seguir são apresentadasnoções sobre os meios de transmissão, com ou sem fios.

Tiago Waldow Engenheiro de Telecomunicações pela Faculdade Assis Gurgacz (Cascavel, PR). Atuou como Profissional de Auto Atendimento na Trevisan Locação de Mão de Obra, executandoatividades de atendimento geral a Clientes no Banco do Brasil, e como Executivo de AR no GrupoTOTVS-Microsiga, executando atividades de prospecção de Clientes, negociação e fechamento de contas,

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venda de sistemas ERP e de tecnologia da informação. Atualmente trabalha como Engenheiro de Telecomunicações na Proenerg Engenharia, realizandoatividades de orçamento de engenharia, participação de licitações públicas, estudo de projetos,coordenação de equipe de trabalho, gerência de obras de engenharia elétrica e de telecomunicações. Email: tiagowtelecom@hotmail.com

Categorias: Banda Larga, Redes de Dados Wireless

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 04/04/2011

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Câmeras IP I: Introdução Em 1844, Samuel Morse apresentou ao mundo o nascimento do telégrafo, e logo em seguida (1876) oescocês Alexander Graham Bell provou ao público e ao monarca imperador Dom Pedro II que seuinvento magnífico funcionava: o telefone. Ainda naquele mesmo século, no ano de 1895, GuilhermeMarconi pôs a funcionar na Europa a primeira transmissão oficial de telefonia sem fio, fato apresentadoum ano antes no Brasil pelo padre gaúcho Roberto Landell de Moura, 1894. As telecomunicações, quetêm hoje não mais do que 150 anos, cresceram estrondosamente em pouco tempo, e as projeções paraseus próximos anos são igualmente ambiciosas. (SIQUEIRA, 1999/2001). Já no século XX, nos anos 50, surgiram os primeiros computadores. Desde então, diminuição de tamanho,aumento da capacidade de processamento e diminuição de custo foram as tendências que levaram àdifusão dos microcomputadores que hoje alcançam a categoria de ultra-portáteis. (GADELHA, 2001) Quando eram mencionadas as redes de comunicação anos atrás, pensava-se diretamente numa redetelefônica, já que naquela época as redes eram projetadas para atender exclusivamente o tráfego de vozque demanda pouca banda passante. No entanto, o crescimento levou à distribuição dos dados, ondeentão se tornou necessária a comunicação entre os extremos para que seja possível a troca deinformações. (SOARES, 1995) Hoje as redes de comunicação são projetadas para serem “future proof”, ou seja, do inglês, à prova defuturo, que são redes capazes de atender às demandas de hoje, do amanhã e de um futuro próximo sem anecessidade de grandes reformas em sua infra-estrutura principal. As redes de comunicação de hojetornaram-se simplesmente a resposta para a troca de qualquer tipo de informação, e sem elas, o mundoainda estaria praticamente mudo e estancado. (SOUSA, 2004) Impulsionados por todo este avanço das telecomunicações e da alta disseminação da tecnologia em geralna atualidade, os sistemas de Circuito Fechado de Televisão (CFTV) têm ganhado cada vez mais espaçonos negócios do último século. Não apenas para segurança de “espionagem” e pequenas instalações comoera visto, mas hoje com projetos mais ousados, amplos e aliados a outras tecnologias, visando entregar nasmãos do usuário mais informação e mais controle usando cada vez menos infra-estrutura. A cada ano novos equipamentos desembarcam no nosso mercado e novas exigências surgem por parte dosconsumidores. São desafios que impulsionam a busca por mais qualidade tanto nos equipamentos como namão de obra que projeta seus sistemas. Por este motivo, há uma grande carência no mercado porinformação e qualificação neste setor, assim como há em qualquer outra área em pleno desenvolvimento. Cada vez mais os benefícios do CFTV Digital substituem a tecnologia anteriormente dominante(analógica) por todas as suas vantagens, mas principalmente pela possibilidade de conexão em rede,permitindo o acesso local ou remoto, redução de infra-estrutura de instalação, melhores recursos deinformática, acesso a qualquer momento, gerenciamento de permissões de acessos, de histórico, deeventos, entre outras. No decorrer da era digital as câmeras IP conseguiram alavancar o crescimento dos sistemas de segurança,colocando-se à frente e não contendo o avanço da tecnologia. Estas câmeras combinam câmerasconvencionais com toda uma inteligência de processamento, ou seja, não é mais somente uma câmeraanalógica, mas uma câmera com características de um web server, incluindo a digitalização ecompactação de vídeo, retirando o processamento da imagem do computador e consequentemente

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reduzindo a quantidade de informação transmitida. O resultado do vídeo processado é transportadoatravés de uma rede, seja ela cabeada ou wireless, no protocolo TCP/IP, e armazenado em umcomputador com o Software de Gerenciamento e Controle de Vídeo (NVR). Este sistema de vídeo em rede utiliza o processamento nas câmeras como forma de reduzir a utilização dabanda, permitir a utilização da infra-estrutura de rede existente e ampliar as capacidades e conectividadesdo sistema de CFTV. Assim é possível proporcionar uma resolução ainda superior, qualidade de imagemconsistente, possibilidade de POE (Power Over Ethernet - Alimentação de Energia utilizando o mesmocabo par trançado que trafega a informação), utilização de dispositivos de rede Wireless (Wi-Fi),possibilidade de integrar PTZ (Pan/Tilt-Zoom - movimentação da câmera nos eixos horizontal, vertical eem zoom, respectivamente), inclusão de áudio, várias entradas e saídas digitais, acionamento dedispositivos extras para integração do sistema geral de segurança, e uma infinidade de provas daflexibilidade. Não menos importante do que toda esta infra-estrutura de equipamentos que mantém o avanço do CFTVé a transmissão dos dados das câmeras para o software. Fibras Ópticas, Wi-Fi e cabeamento metálicopar-trançado UTP e STP são algumas das opções mais usadas em projetos bem elaborados. Tãoimportante quanto a própria informação, é também a forma como ela é tratada e a qualidade com a qualela é apresentada. (SOUSA, 2004) A solução Wi-Fi permite que câmeras estejam espalhadas numa nuvem de alcance do sinal e consigamtransmitir dados por sinais de rádio frequência de baixa potência. As câmeras operam com placas de rede(ou associadas aos roteadores que possuam estas placas) e possuem antenas pelas quais recebem e enviamos dados. O sinal irradiado nos casos mais comuns segue o padrão IEEE 802.11: opera na faixa de 2.4GHz ou 5.2 GHz, área de cobertura restrita, podendo variar de acordo com o alcance do sinal(aproximadamente num raio de até 500m), usualmente com velocidades de 54 à 300Mbit/s embora orange mais utilizado esteja mesmo entre 54 e 108Mbit/s. Esta tecnologia é geralmente mais cara do que oscabeamentos de rede par-metálicos comuns devido ao valor dos equipamentos ativos, mas podem seequivaler para uma quantidade grande de pontos de acesso onde a metragem de cabos aumentariaconsideravelmente ou onde há urgência no atendimento à determinados pontos e não há tempo para ainstalação de uma infra-estrutura física de cabos. O cabeamento par trançado é hoje a forma mais utilizada para transmissão de dados em redes decomputadores. Com a flexibilidade de instalação, tem conquistado cada vez mais espaço e não temdeixado de evoluir. Os primeiros cabos, os 10BaseT, alcançam o máximo de taxa de transferência de10Mbit/s. Hoje já existem cabos de par trançado operando em 100 Mbit/s (100BaseT) e 1000 Mbit/s(1000BaseT), atendendo às normas em vigor nas categorias 5, 5E, 6 e 6A. Seu gargalo de instalação estáno limite de comprimento do cabo regulamentado pelas normas da EIA/TIA (90 metros por trecho).(DANTAS, 2002) Com as varias possibilidades de projeto, não há parâmetros comparativos que possam nortear uma decisãoacertada e tecnicamente baseada para a viabilidade de utilizar-se uma câmera cabeada, o que demandamais custos de mão-de-obra, infra-estrutura de tubulação e cabeamento, ou utilizar-se uma soluçãowireless que elimina a necessidade de um meio de conexão físico entre o software e o dispositivo decaptura de imagens, mas inclui o custo dos equipamentos ativos. A falta de uma base sólida na tomada dedecisão resulta em perda de tempo, de recursos financeiros e de qualidade em sistemas modernos quedeixam a desejar em seu funcionamento devido a falhas de projeto na escolha da melhor tecnologia detransmissão.

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A inexistência no mercado, e inclusive no próprio fabricante das câmeras, de uma orientação comparativaentre as soluções de transmissão, embora o produto suporte ambas as tecnologias, impede umembasamento sólido aos projetistas e instaladores no momento de optar por um dos dois meios detransmissão disponíveis. Por conservadorismo o meio físico é mais comumente utilizado, mas é precisoentender que “novas” tecnologias, como wireless, podem reduzir custos em certos casos e em longoprazo, além de oferecer multiplicidade de acessos e a tão desejada mobilidade. O foco deste trabalho é comparar as tecnologias de cabeamento par-trançado e wireless, de forma a darrumo para cada uma das soluções de transmissão e firmar cada uma delas em sua melhor utilização.

Tutoriais Este tutorial pare I apresenta os fundamentos teóricos necessários para que os testes comparativos de usodas soluções de transmissão de sinais das câmeras IP tornem-se possíveis e corretos. Inicialmente sãoapresentadas noções de comunicação, com ênfase nos sinais transmitidos, e a seguir são apresentadasnoções sobre os meios de transmissão, com ou sem fios. O tutorial parte II apresentará os materiais e métodos utilizados no teste, os resultados dos testesrealizados, a avaliação comparativa dos resultados obtidos e as conclusões finais.

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Câmeras IP I: Comunicações Para entender o funcionamento pleno das redes de comunicação é necessário compreender o papel quecada componente de um sistema de comunicação exerce. O objetivo de um sistema de comunicação é transmitir a informação da fonte (ou origem) até o usuário(ou destino, destinatário). A forma de onda no receptor é desconhecida até que ela seja recebida por ele,ou seja, a transmissão de uma informação é na verdade o envio de mensagens que, a princípio, sãodesconhecidas pelo receptor. O modelo genérico de uma rede de comunicação é representado de acordo com a figura 01, ilustradaabaixo. Vê-se, como já foi previamente citado, que há a fonte, que têm a informação que será enviada, otransmissor, que transmite a informação no sistema, o canal de comunicação, por onde a informaçãotrafega, o receptor dessa informação, e o destinatário, ponto final da informação neste trecho decomunicação. (DANTAS, 2002)

Figura 1: Modelo Genérico de ComunicaçãoFonte: o autor

O transmissor é o responsável pela adequação do sinal às características do canal escolhido, visando arecuperação do mesmo no destino. Já o receptor deve detectar o sinal recebido e adequá-lo a um formatoreconhecido pelo destino. O canal representa o meio físico que é usado no transporte da informação, epode ser, por exemplo, um cabo de par trançado (blindado ou não), cabo coaxial, cabos ópticos, guias deonda, a própria atmosfera, o vácuo, entre outros. Cada canal possui características de transmissão esuscetibilidade a interferências que necessitam ser adequadas para que a informação possa sertransportada. Como resultado dos efeitos do canal, a informação recebida sempre será diferente dainformação transmitida.

Interferências Os canais de transmissão estão sujeitos a diversos fenômenos que podem degradar o sinal transmitidocomo a distorção de retardo, de atenuação, distorção harmônica, distorção característica, ruídos, diafonia,eco, phase jitter e drop-out (MF101 Furukawa). Esses fenômenos são brevemente descritos a seguir:

Distorção de Retardo: ocorre quando, num canal, a fase do sinal não varia de forma linear com afrequência, fazendo com que várias componentes de frequência sejam transmitidas em temposdiferentes. Quando o pulso for recebido e interpretado, estará comprometido.Distorção de Atenuação: ocorre quando há atenuação seletiva das componentes de frequência de

um sinal. Quando num sinal ocorre a atenuação demasiada de frequências baixas ou altas, o sinaltorna-se deformado.Distorção Harmônica: acontece devido ao sinal ser amplificado e, por falha de projeto, a

intensidade de entrada for excessiva. Há uma excursão pelas regiões não-lineares da curva de

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transferência e filtragem.Distorção Característica: causada pelos limites de largura de banda do canal, alonga os pulsos,

causando um espalhamento no tempo que interfere nos símbolos adjacentes do sinal.Ruído: perturbação elétrica aleatória. Pode ser térmico ou impulsivo: o primeiro ocorre devido ao

movimento térmico dos elétrons, proporcional à temperatura e à banda passante; o segundorepresenta perturbações repentinas e esporádicas que podem ter causas diversas, como descargasatmosféricas, explosões, ignições e proximidade à reatores ou motores elétricos.Diafonia: ocorre quando dois sinais (ou mais) distintos interferem entre si por estarem em canais

de transmissão fisicamente próximos.Eco: reflexão de parte do sinal geralmente devido a variações de impedância.Jitter de Fase: variação instantânea da fase que ocorre quando a curva do sinal transmitido passa

por “zero”.Drop-Out: perda momentânea da portadora de um sinal.

Estas interferências que podem atingir a transmissão do sinal são problemáticas, pois limitam odesempenho do sistema de comunicação alterando as características do sinal transmitido a ponto até deque o mesmo não seja mais reconhecido ao chegar em seu receptor. Visando diminuir a interferênciapode-se utilizar, por exemplo, cabeamento blindado, onde a cobertura metálica (em folha ou malha) ésobreposta ao cabo e aterrada, drenando o ruído que atingiria os cabos internos, seguindo o princípio dagaiola de Faraday.

Figura 2: Transmissão com RuídoFonte: o autor

Da mesma forma que a interferência pode atingir cabos par-metálicos, pode causar perda e/ou distorçãode sinal em sistemas sem fio. Nos sistemas wireless, a interferência pode ser causada por outros sinais demesma frequência vindos de uma enorme quantidade de equipamentos “concorrentes”, incluindo atémesmo os aparelhos de micro-ondas domésticos. Estas interferências eletromagnéticas são ainda maiscríticas quando em ambientes industriais, onde geralmente estão concentradas enormes quantidades demotores e equipamentos que geram interferências fortes e funcionam usualmente 24 horas por dia. Quando as interferências eletromagnéticas são críticas e não podem ser eliminadas, utiliza-se a fibraóptica como canal de transmissão que, por transmitir luz e não sinal elétrico é imune a quaisquerinterferências como as citadas acima. Neste trabalho, será focado principalmente o papel do Canal de Comunicação num link de câmeras IP,onde serão comparadas as características técnicas nominais de cada um dos sistemas propostos e as

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características medidas in loco com os sistemas implantados. Contudo, para que a informação do canal decomunicação possa ser entendida satisfatoriamente, torna-se necessário comentar-se à respeito dasinformações pertinentes à transmissão dessa informação, como os tipos de sinais, largura de banda, taxade transmissão, capacidade de canal, entre outros.

Tipos de Sinais A forma mais comum para a transmissão de informação é o próprio som que, irradiado pelo ar, atinge seureceptor. Na comunicação em redes de computadores, o meio de transmissão mais utilizado é o cabometálico, por onde um sinal elétrico (em pulsos) que transporta a informação se propaga. Os sinaiseletromagnéticos também podem transmitir informação, utilizando como canal de transmissão o próprio aratravés de rádio, micro-ondas, satélite, e outros. Este sinal que carrega a informação pode ser de duasformas: analógico e digital. (SOUSA, 2004) O sinal analógico é o que varia continuamente ao longo do tempo. Dados como áudio e vídeo, queoriginalmente são provenientes de sensores analógicos e convertidos em digital posteriormente, sãoanalógicos, pois variam ao longo do tempo com formas e amplitudes características. A forma de onda dossinais analógicos é uma função do tempo que tem uma escala contínua de valores, por exemplo: a vozhumana captada por um microfone, como exemplo da figura abaixo (figura 03). Ou seja: num determinadoinstante de tempo há uma infinidade de valores possíveis para aquele ponto da onda.

Figura 3: Representação de um Sinal de VozFonte: o autor

Com um pequeno sinal, mesmo sem compactação, ou modulação, é possível transmitir uma gama enormede informações. Entretanto, como o foco deste estudo é o canal de comunicação, há mais contras do queprós quando tratamos de sinais analógicos. Ao transmitir um sinal analógico, seja por qualquer meio de transmissão, o mesmo sofre atenuações einterferências durante seu percurso do emissor ao receptor. Neste trecho o sinal todo pode ser atenuadoou apenas algumas partes podem ser danificadas. O problema está na reconstituição deste sinal peloreceptor, pois, em vista dos inúmeros níveis possíveis da curva da onda naquele instante de tempo ondehouve a variação do sinal, o receptor pode reconstruir a curva utilizando vários métodos, mas não hágarantias de que o sinal reconstituído seja igual ao que foi transmitido originalmente. Um sistema de fácil identificação que demonstra isso é o sistema em broadcasting de televisão analógica:durante o percurso do emissor até a antena conectada ao aparelho que reconstrói a imagem a partir dosinal captado há geralmente uma distância grande e repleta de interferências e obstáculos. O que ocorreentão são os conhecidos “chuviscos” e as perceptíveis diferenças de qualidade de imagem entre canais

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diferentes, televisores distintos, clima, dependendo da qualidade de recepção do sinal. Já um sinal digital é uma função do tempo com um conjunto discreto de valores, ou seja, se o sinal digitalé do tipo binário, apenas dois valores são possíveis. Os sinais digitais são produzidos por equipamentos deprocessamento de dados ou por conversores que digitalizam informações analógicas. Se os dadosconsistirem de texto alfanumérico, serão caracteres codificados com um dos vários formatos-padrãoexistentes, como exemplo o ASCII, o EBCDIC, o Baudot e o Hollerith. O material textual é entãotransformado em um formato digital para que possa ser processado por um sistema digital. Um exemplosimples de informação digital é um trem de pulsos quadrados de amplitudes 0 e 1 (em Volts); conformeilustra a figura 04, abaixo:

Figura 4: Representação de um Sinal DigitalFonte: o autor

Este tipo de sinal, embora originalmente carregue uma quantidade inferior de informação, já que cadanível representa apenas um bit, pode ser conciliado com modulações variadas que aumentam muito acapacidade de informação no trem de bits, e com uma enorme vantagem: a reconstituição do sinal é fácil.Utilizando o mesmo exemplo citado para o sinal analógico pode-se notar facilmente os ganhos trazidospelo sinal digital quando comparamos um sistema broadcasting de televisão digital e analógico. No sistemadigital de televisão broadcasting não há “chuviscos” ou diferenças de imagem, independente do clima, dosobstáculos, da interferência, ou do nível de sinal que chega ao receptor. Obviamente há uma amplitudemínima de sinal que deve ser obedecida para que o sinal original possa ser reconstruído, mas há umafacilidade imensa em fazê-lo já que num determinado instante há níveis discretos e conhecidos peloreceptor que o sinal deveria obter. Supondo que num sistema binário o sinal foi emitido com os bits 0 e 1, porém, após passar porinterferências, o sinal recebido foi 0,24 e 0,9. Facilmente nota-se que o primeiro bit foi 0 (zero) e osegundo foi um bit 1, pois foram os valores pré-determinados para cada bit de informação mas foramrecebidos após sofrerem atenuações. Seja utilizando o sinal analógico ou o sinal digital o sistema de comunicação deve manter a forma de ondaoriginal ou garantir que esta possa ser recuperada pelo receptor. Assim, as técnicas de transmissão ecodificação, aliadas à escolha do canal apropriado, são fatores de sucesso da transmissão.

Largura de Banda e Taxa de Transmissão É necessário o bom entendimento de cada uma destas expressões devido à limitação existente no canal decomunicação (ou meio físico) envolvido na transmissão, ponto principal deste trabalho. Num sinal analógico fundamental, descrito por uma onda senoidal, representa-se a variação de amplitude

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com uma determinada frequência ao longo do tempo. No caso da senoide, há 3 parâmetros principais: aamplitude, que está relacionada ao valor absoluto que o sinal atinge ao longo de sua onda, a fase, querepresenta a posição da onda deste sinal no instante t=0s (zero segundos), e a frequência que, segundo oIEEE, é definida como número completo de variações dos ciclos de uma senoide por unidade de tempo,medida em Hertz, de acordo com o SI. (DANTAS, 2002)

Figura 5: Modelo de Onda Senoidal

Fonte: o autor Como exemplo de sinal analógico descrito por um conjunto de senoides, podemos citar o som, formadopor senoides com frequências diferentes. Admite-se que o ouvido humano percebe frequências entre 20Hze 20.000Hz, sendo que as mais perceptíveis são as frequências baixas (sons graves). No entanto, é raropara que um ser humano emita ou perceba sons que atinjam estes extremos de frequência. Então, parauma comunicação de voz, o range de frequências de 300Hz a 3400Hz permite que uma conversaçãotransmitida seja satisfatoriamente compreendida por seu ouvinte destinatário. Esta é a faixa de frequênciautilizada na telefonia.

Figura 6: Modelo de Onda Senoidal com Frequências DiferentesFonte: o autor

Foi o matemático francês Joseph Fourier que desenvolveu a ideia de que um conjunto de frequências

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pode representar uma informação. Ele desenvolveu uma teoria que permitia representar um sinal qualquercomo uma soma de sinais com frequências, fases e amplitudes diferentes. Este conjunto de senoides,chamado de espectro de sinal, teve então sua representação conhecida como Teorema de Fourier. Comela, pode-se analisar a transmissão de um sinal por meio da transmissão de cada um de seus componentessenoidais, ou seja, para que o sinal recebido seja igual ao transmitido, nenhum dos componentes emitidospoderão ser alterados até a recepção. Desta forma, a frequência tornou-se o principal parâmetro quedetermina a característica de interação entre o meio de transmissão (ou canal) e o sinal transmitido. Matematicamente, o sinal original é igual a uma soma de infinitas componentes, o que, em termos deimplementação, seria praticamente impossível devido à quantidade de informação. Por isso, para cadaaplicação é verificado o número mínimo de frequências que a representação satisfatória do sinal exige, detal forma que a transmissão da informação seja completa. Assim é definido o valor conhecido comobanda-passante ou largura de banda. (MF101 Furukawa) A tabela a seguir apresenta alguns valores de largura de banda padronizados para as aplicações maiscomuns:

Tabela 1: Largura de Banda de Alguns Sinais

TIPO DE SINAL LARGURA DE BANDA (HZ)

Voz em Telefonia 3.100

Música Clássica 20.000

Sinal de Vídeo (Banda Base) 4.200.000

Sinal de Vídeo (Videolaser) 5.000.000

Fonte: MF101 Furukawa

O sistema de transmissão a ser usado deverá possibilitar que todas estas frequências possam sertransportadas entre a fonte e o destino, sendo então possível a recuperação da forma de onda do sinal querepresenta a informação. Portanto a banda passante do canal de transmissão deverá ser igual ou superiorque a do próprio sinal que trafegará no canal, pois, caso isto não seja verdade, a deformação do sinal podecausar uma recepção falha de tal forma que o sinal recebido seja irrecuperável. A tabela a seguir apresenta os valores de banda passante para alguns meios de transmissão maisconhecidos em comunicações, como a telefonia, a radiodifusão AM e FM, os cabos metálicos depar-trançado de várias categorias e os cabos metálicos coaxiais:

Tabela 2: Meios de Transmissão e respectivos valores de banda passante

MEIO DE TRANSMISSÃO BANDA PASSANTE (HZ)

Rede Telefônica (antiga) 4.000

Áudio em Radiodifusão AM 5.000

Áudio em Radiodifusão FM 15.000

Cabo Par-Trançado Categoria 3 16.000.000

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Cabo Par-Trançado Categoria 5 100.000.000

Cabo Par-Trançado Categoria 6 250.000.000

Cabo Par-Trançado Categoria 6A 500.000.000

Cabo Coaxial 1.000.000.000

Fonte: MF101 Furukawa

Sinais digitais têm uma forma de onda conhecida como “trem de pulso”, que também pode ser analisadopelo Teorema de Fourier, citado anteriormente. Neste caso, há uma largura de banda mínima que deveráser respeitada pelo sistema de transmissão para representar determinado sinal digital, como podemos verna tabela a seguir:

Tabela 3: Banda Passante dos sinais digitais

SINAL DIGITAL BANDA PASSANTE (HZ)

Ethernet (10 Mbit/s) 7.500.000

Fast-Ethernet (100 Mbit/s) 31.250.000

Gigabit-Ethernet (1000Mbit/s) 62.500.000

10-Gigabit-Ethernet (10Gbit/s) 450.000.000

Fonte: MF101 Furukawa

No caso de sistemas de comunicação digital são transmitidos sinais originalmente digitais ou sinais queforam digitalizados, mas sempre sinais discretos. O problema, neste caso, da banda passante, estarárelacionado à técnica de codificação associada e às taxas de bits de cada sinal digital. Diversas técnicas decodificação podem ser utilizadas para garantir a taxa de transmissão necessária, porém, todas elasescolhem um ou mais símbolos discretos com 2 ou mais níveis.

Figura 7: Sinal digital binário, ternário e quaternárioFonte: SOUSA, 2004

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Potência do Sinal A “força” com a qual o chega ao receptor é muito importante no projeto de redes de transmissão dedados, pois, caso a potência recebida seja pequena, a correção do sinal pode tornar-se impossível ouerrônea. Os termos “atenuação” e “ganho” de um sistema de comunicação referem-se à diminuição eaumento, respectivamente, da potência do sistema que, por sua vez, se relaciona com a amplitude do sinaltransmitido. Os estudos ligados à transmissão de sinais elétricos tiveram início no século XIX, quando o logaritmo era aferramenta matemática mais utilizada. Na ocasião, foi definida uma unidade de medida (Bel) querelacionava duas grandezas por meio de logaritmos. Hoje a padronização internacional adota a utilizaçãode seu submúltiplo, o conhecido decibel (em sua abreviação: dB). (MF101 Furukawa) O decibel, como o conhecemos, é definido pela fórmula:

Onde:

dB = decibel (relação de potências);POTsaída = potência de saída do circuito;POTentrada = potência de entrada (ou de referência) do circuito.

Atribuindo valores à fórmula, tem-se uma relação dos valores de dB com a relação de potências (saída eentrada), conforme a tabela abaixo:

Tabela 4: Relação de Valores em dB com Potência

SINAL DIGITAL BANDA PASSANTE (HZ)

30 1000

20 100

10 10

6 4

3 2

-3 0,5

-6 0,25

-10 0,1

-20 0,01

-30 0,001

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Fonte: MF101 Furukawa Ou seja, quando se diz que um sinal teve atenuação de -3dB, significa matematicamente que apenas 50%da potência do sinal emitido chegou ao receptor. Para uma atenuação de -6dB, 75% da potência do sinal éperdida. A perda de sinal durante o percurso é iminente, já que haverá atenuação em qualquer meio de transmissãoutilizado. O ruído que incide no sinal durante o trecho de transmissão é adicionado ao sinal, provocandovariação em sua forma. A relação entre a intensidade do sinal original e o ruído absorvido constitui umparâmetro chamado Relação Sinal/Ruído (ou, do inglês, Signal Noise Ratio – SNR). Esta grandeza éadimensional, calculada a partir das potências em decibéis do sinal e do ruído do sistema. Quanto maior for o valor da Relação Sinal/Ruído, melhor será o desempenho da transmissão, pois sabe-seque a quantidade de ruído recebida deve ser menor do que a quantidade de sinal.

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Câmeras IP I: Transmissão Com Fio Nas redes de comunicação há basicamente duas categorias de meios de transmissão: os meios guiados e osmeios não guiados. Um meio guiado é a transmissão por cabos ou fios de cobre, onde os dadostransmitidos são convertidos em sinais elétricos que propagam pelo material condutor, e a transmissão porfibras ópticas, onde os dados são convertidos em sinais luminosos e então propagados pelo materialtransparente da fibra óptica. Quanto aos meios não-guiados, podemos citar a transmissão por irradiaçãoeletromagnética, onde os dados transmitidos são irradiados através de antenas para o ambiente, como porexemplo as transmissões via satélite, infravermelho, bluetooth e wireless. Seja qual for a escolha do meiode transmissão para determinado sinal, cada um influencia no sinal transmitido limitando a largura debanda disponível, provocando distorções e atenuações.

Cabos Metálicos Os canais de transmissão guiados por cabos metálicos são sempre descritos por parâmetros principais,característicos de cada condutor metálico, como a resistência, indutância, capacitância e a condutância,que variam de acordo com a geometria dos condutores e propriedades dielétricas dos materiais derevestimento dos cabos. De uma forma geral, podemos descrever um canal de comunicação metálicocomo um arranjo de resistências e indutâncias em série, unidas a capacitâncias e condutâncias emparalelo, todas por unidade de comprimento do condutor. Como principais meios metálicos, podemos citar os cabos coaxiais e os cabos de par trançado. Cabos Coaxiais Embora os cabos coaxiais sejam largamente utilizados para Circuitos Fechado de Televisão Analógicos, eainda muito utilizados também para sistemas de TV a Cabo, não se aplicam com tanta demanda emcabeamentos de CFTV para câmeras IP. Isto se deve principalmente à sua dificuldade de manuseio econexões, aliada ao desempenho prejudicado pela atenuação devido aos ruídos térmicos e pelaintermodulação, que ocorre quando vários canais são usados através da técnica de modulação porfrequência (DANTAS, 2002). Cabos de Par-Trançado Já os cabos metálicos de par trançado são largamente utilizados na atualidade, principalmente por seuavanço tecnológico constante nos últimos anos, seu fácil manuseio, seus acessórios, que causaram umatendência global a adotá-lo como padrão para redes ethernet e TCP/IP nas comunicações de dados. Os cabos UTP de par trançado consistem basicamente em pares de fios de cobre isolados e trançadosentre si, com a intenção de causar, com este trançar de pares, a redução do acoplamento gerado entre elesdevido à indutância mútua e ao desbalanceamento capacitivo, minimizando assim os efeitos da diafonia edo ruído. O trançamento dos pares aumenta também o balanceamento entre os condutores, maximizandoo efeito de cancelamento de correntes, o que protege o par de interferências externas. Na comunicação de dados, os cabos de pares metálicos trançados mais utilizados são de 4 e 25 pares, mashá disponíveis também, principalmente com aplicações para a área de telefonia, os cabos com 10, 20, 30,50, 100, 200, 300, 600, 1200, 2400 e 3600 pares, além é claro de encomendas especiais para atender ademandas específicas das grandes empresas de telecomunicações. (MF101 FURUKAWA)

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Figura 8: Cabos UTP Categoria 5E com 4 pares e 25 paresFonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Além da quantidade de pares que contém o cabo, há também a especificação da bitola de cada um doscondutores de cobre, identificados pelo Sistema AWG (American Wire Gauge). O parâmetro AWGrepresenta ao condutor o número de vezes que a bobina de fio de cobre puro original (com 8 milímetrosde diâmetro) deve ser processado para atingir sua bitola final. A relação destes valores de AWG com odiâmetro em milímetros é inversamente proporcional, ou seja, quanto maior o valor em AWG, menor seráo diâmetro do cabo em milímetros. Por exemplo, um cabo com 23 AWG possui um diâmetro de 0,57milímetros, já um cabo com 24 AWG tem seu diâmetro de 0,51 milímetros. Como já foi citado anteriormente, há uma necessidade de eliminar a interferência que chega ao sinaltransmitido, e para isto surgem os cabos blindados. Nos cabos metálicos de par trançado, há algumasclassificações importantes: Os cabos U/UTP, sigla que significa, do inglês, Unshielded Twisted Pair, ouseja, Par Trançado Não Blindado. Há ainda os cabos F/UTP (Foilled Twisted Pair, ou par trançado comblindagem em folha), SF/UTP (Screnned Twisted Pair, ou par trançado com blindagem em malha) e omais conhecido S/UTP (Shielded Twisted Pair, ou par trançado blindado), entre outros com aplicaçõesmais específicas. Os cabos F/UTP e SF/UTP são cabos de 4 pares com uma camada de blindagem metálica em forma defolha (foilled) ou em forma de malha (screened) que recobre todos os pares trançados entre si. Establindagem aplicada aos cabos proporciona uma proteção contra interferências de ondas eletromagnéticas,reduzindo também a irradiação gerada pelo próprio cabo que poderia afetar os demais condutores ao seuredor. Estas características tornam este tipo de cabo largamente aplicado em ambientes ruidosos.Efetivamente esta proteção depende de vários fatores, como por exemplo, as frequências das radiaçõesque devem ser bloqueadas, a espessura da blindagem, o tipo de metal e a qualidade da ligação aoaterramento, item importantíssimo num sistema de cabeamento blindado.

Figura 9: Cabo F/UTP (blindagem em folha) com 4 paresFonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Também parte do canal de transmissão são os conectores que unem os cabos metálicos aos equipamentosde transmissão de dados. Segundo a norma EIA/TIA, padrão T568-A (melhor explicada à frente), há

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quatro tipos de conectores padrões: 8 Posições, 8 Posições Chaveado, 6 Posições e 6 PosiçõesModificado. Os dois primeiros são conhecidos pelo nome RJ-45 (Registered Jack), e os dois últimos porRJ-11. Para este trabalho, que foca a comunicação de dados entre dispositivos de computadores, osconectores de maior importância são os RJ-45, conforme ilustrados na figura abaixo.

Figura 10: Conector RJ-45 Fêmea Categoria 5E (à esq.) e macho (à dir.)Fonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Os canais de comunicação onde são utilizados cabos de par trançado são compostos pelo próprio cabometálico de par trançado, pelos conectores (sejam eles em painéis de conexão ou em tomadas) e peloschamados cordões de manobra.

Figura 11: Patch Panel (ou painel de conexão) e Patch Cord (ou cordão de manobra)Fonte: Catálogo de Produtos Furukawa

Para que a transmissão dos dados de um a outro extremo deste sistema seja satisfatória, todo o conjuntodeverá atender às especificações de desempenho. Estes parâmetros estão relacionados, de uma formageral, com a atenuação sofrida pelo sinal devido às reflexões e a relação sinal/ruído, já discutidaanteriormente. Categorias e Normas de Cabos Metálicos No início de 1985, preocupadas com a falta de uma norma que determinasse parâmetros das fiações emedifícios comerciais, os representantes das indústrias de telecomunicações e informática solicitaram para aCCIA (Computer Communication Industry Association) que fornecesse uma norma que abrangesse estesparâmetros. Ela então solicitou para a EIA (Electronic Industries Associaton) o desenvolvimento danorma que, em julho de 1991, foi publicada como a 1ª versão da norma EIA/TIA 568 (ElectronicIndustries Associaton/ Telecommunications Industry Association). Subsequentemente, vários boletinstécnicos foram sendo emitidos e incorporados a esta norma. Em janeiro de 1994, foi emitida a norma EIA/TIA 568 A. Com a criação desta e suas complementares(569, 606 e 607), houve uma mudança no modo de agir dos usuários de sistemas. Chegou-se à conclusãode que os sistemas de cabos deveriam ser integrados, o cabeamento deveria permitir o tráfego dos sinaisindependente do fabricante, da fonte geradora, ou do protocolo transmitido, este sistema deveriaapresentar uma arquitetura aberta, sem seu processamento centralizado, e deveria permitir a transmissãode sinais com altas taxas como 100Mbits/s e mais. (MARTIGNONI, 2004)

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Logo após a publicação da EIA/TIA 568-A, a associação ISO/IEC (International StandardsOrganization/International Electrotechnical Commission) desenvolveu um padrão de cabeamentointernacional denominado de ISO/IEC 11801, equivalente à norma publicada pela EIA/TIA 568-A, quefoi publicado no ano de 1995. Juntas, estas duas organizações internacionais classificam os cabos metálicos de par trançado emcategorias (EIA/TIA 568B) e classes (ISO/IEC 11801), padronizando suas características e equiparandoos produtos oferecidos pelos diferentes fabricantes mundiais. A classificação da EIA/TIA-568B, que é sua edição vigente, e as classes de cabos da ISO/IEC 11801podem ser vistas nas tabelas 05 e 06, abaixo:

Tabela 5: Classificação segundo a EIA/TIA-568B (Edição Vigente)

EIA/TIA-568B LARGURA DE BANDA OBSERVAÇÕES

Categoria 1 1 MHzNão reconhecidas pela EIA/TIA

Categoria 2 4 MHz

Categoria 3 16 MHz

Categoria 4 20 MHz

Categoria 5 100 MHz

Categoria 5E 100 MHz

Categoria 6 250 MHz

Categoria 6A 500 MHz

Categoria 7 600 MHzNão definida oficialmente pela

TIA

Fonte: MF101 Furukawa

Tabela 6: Classificação segundo a ISO/IEC 11801 (Edição Vigente)

ISSO/IEC 11801 LARGURA DE BANDA

Classe A 100 KHz

Classe B 1 MHz

Classe C 16 MHz

Classe D 100 MHz

Classe E 250 MHz

Classe Ea 500 MHz

Classe F 600 MHz

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Fonte: MF101 Furukawa

O incremento na largura de banda dos cabos conforme a categoria e classe aumentam são resultados demelhores projetos e de processos de manufatura mais elaborados. De maneira geral, a geometria do cabo,o passo de trançamento entre os pares e os materiais utilizados no cobre e no isolante são fatoresimportantes para que estes resultados sejam melhores. Isso garante aos cabos uma velocidade detransmissão superior, como nota-se na relação com a banda requerida da tabela abaixo para as aplicaçõesethernet:

Tabela 7: Banda Requerida para Aplicações Ethernet

APLICAÇÃO VELOCIDADE BANDA REQUERIDA

Ethernet 10 Mbit/s 7,5 MHz

Fast Ethernet 100 Mbit/s 31,25 MHz

Gigabit Ethernet 1.000 Mbit/s 62,5 MHz

10 Gigabit Ethernet 10.000 Mbit/s 450 MHz

Fonte: MF101 Furukawa, o autor.

As principais características das categorias são as seguintes:

Categoria 1: Utilizado em instalações telefônicas, porém inadequado para transmissão de dados.Categoria 2: Outro tipo de cabo obsoleto. Permite transmissão de dados a até 2.5Mbit/s e era usadonas antigas redes Arcnet.Categoria 3: Cabo de par trançado sem blindagem muito usado em redes na década de 90. Aprincipal diferença do cabo de categoria 3 para os obsoletos cabos de categoria 1 e 2 é oentrançamento dos pares. Enquanto nos cabos 1 e 2 não existe um padrão definido, os cabos decategoria 3 (assim como seus subsequentes) possuem pelo menos 24 tranças por metro e por issosão muito mais resistentes a ruídos externos. Cada par de cabos tem um número diferente de trançaspor metro, o que atenua as interferências entre os pares de cabos.Categoria 4: Cabos com uma qualidade um pouco melhor que os cabos de categoria 3. Este tipo decabo foi muito usado em redes Token Ring de 16Mbit/s. Em teoria podem ser usados também emredes ethernet de 100Mbit/s, mas na prática isso é incomum, pois não são viáveis e deixaram de serproduzidos.Categoria 5: A grande vantagem desta categoria de cabo sobre as anteriores é a taxa detransferência: eles podem ser usados tanto em redes de 100Mbit/s, quanto em redes de 1Gbit/s.Categoria 5e: Os cabos de categoria 5e são os mais comuns atualmente, com uma qualidade umpouco superior aos de categoria 5. Eles oferecem uma taxa de atenuação de sinal mais baixa o queauxilia nos cabos mais longos, principalmente próximo dos 90 metros máximos permitidos pelanorma.Categoria 6: Utiliza cabos de 4 pares, semelhantes aos cabos de categoria 5 e 5e. É uma opção dealta performance para um sistema estruturado, permitindo suporte para aplicações como voztradicional (telefone analógico ou digital), VoIP, Ethernet (10 Base-T), Fast Ethernet (100Base-TX) e Gigabit Ethernet a 4 pares (1000 Base-T), com melhor performance em relação àCategoria 5e. Permite ainda suporte para aplicações a 10Gbit/s sem investimentos adicionais na

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infra-estrutura.Categoria 6A: Permite uma maior banda passante devido à espessa camada de proteção de revesteo cabo em seu exterior, diminuindo a interferência com outros cabos, além da convencional cruzetaincluída na construção dos cabos Categoria 6 que aumenta a distância entre os 4 pares trançados nointerior do cabo.Categoria 7: Esta categoria de cabos ainda não foi definida oficialmente, mas também utilizam 4pares de fios, porém com conectores mais sofisticados, o que torna esta uma solução mais cara.Tanto a frequência máxima suportada, quanto a atenuação de sinal são melhores que nos caboscategoria 6.

A categoria dos cabos par-trançado podem ser encontradas impressas na capa dos cabos, entre outrasinformações, como pode ser observado abaixo. (MORIMOTO, 2006)

Figura 12: Impressão na capa do Cabo UTP Categoria 5EFonte: o autor

Vale lembrar que a velocidade de transmissão do Fast-Ethernet, 100 Mbit/s, só é alcançada com umalargura de banda de 31,25 MHz, ou seja, analisando as categorias dos cabos, só é possível atender estabanda requerida com os cabos de categoria 5 ou superior. Se a velocidade de transmissão dos cabos e a banda requerida estão diretamente associados àscaracterísticas dos cabos como a resistência, condutância, indutância e capacitância, como fora citado hápouco, a distância deste condutor também causará alterações nestes valores importantes para atransmissão dos dados. Para assegurar que os cabos ofereçam larguras de banda compatíveis com suascategorias e consequentemente alcancem as velocidades de transmissão para o qual foram projetados, asnormas de instalação de cabeamento estruturado ditam algumas diretrizes a serem seguidas. De acordo com as normas publicadas EIA/TIA–568 e EIA/TIA-606, também no Brasil regulamentadapela ABNT através da NBR 14565 – Procedimento básico para elaboração de projetos de cabeamento detelecomunicações para rede interna –, o comprimento máximo dos cabos de um cabeamento horizontaldeverá ser de 90 metros, sendo que 10 metros a mais são aplicáveis a cabos de manobra (denominadospatch cords). Há ainda regulamentações nestas normas quanto aos componentes que devem ser utilizados numcabeamento horizontal, que são: o próprio Cabo UTP, os cabos de Manobra (ou Patch Cords) e osConectores ou Painéis de Conexão (Conectores RJ-45 avulsos ou Patch Panels). Como o intuito principal deste trabalho é testar a capacidade de transmissão nominal e real de canais detransmissão, torna-se imprescindível a necessidade de seguir cada uma das normatizações estabelecidaspela EIA/TIA e ISO/IEC para com os cabos utilizados nos testes para que a os resultados não sejaminfluenciados pela má instalação, utilização inadequada ou má qualidade do produto utilizado para ostestes.

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Câmeras IP I: Transmissão Sem Fio A seção anterior apresentou a comunicação através de meios guiados, ou seja, através da transmissão porirradiação eletromagnética.

Wireless Dá-se o nome de Wireless ou Wi-Fi (Wireless Fidelity) a toda a comunicação que é feita sem a conexãopor meio de fios, como a transmissão via rádio, telefonia celular, infravermelho, Bluetooth, sistemas depaging, entre outros. (SOUSA, 2004) Quando uma rede local de computadores é formada por tecnologia sem fio, temos uma rede “wirelesslan”. Nestas redes, os hosts possuem placas específicas para esta tecnologia, como por exemplo, placas derede wireless 802.11b, que se comunicam através sinais emitidos e recebidos por suas antenas com osroteadores wireless da rede na forma de sinais de rádio de baixa potência. A utilização de redes wireless cresce a cada ano graças à facilidade de instalação, onde não é necessária aimplantação de qualquer infra-estrutura, aliada à tecnologia wireless embarcada nos computadoresdisponíveis no mercado. Na atualidade, todos os computadores móveis já são comprados contendo placasembutidas de rede 802.11b/g. As redes wireless também são uma excelente saída quando não há tempopara a montagem de uma infra-estrutura, e há uma necessidade emergencial para atender uma grandequantidade de pontos, como numa palestra ou eventos similares, pois pode-se apenas conectar umroteador wireless a um ponto da rede que esteja conectado à internet e todos os usuários que estiverem nanuvem de alcance daquele sinal terão uma rede à sua disposição. As redes sem fio não substituem totalmente as redes cabeadas por vários motivos, como podemos citar asegurança e a velocidade, mas podem ser usadas em combinação com LANs cabeadas, onde os pontosque necessitam de mobilidade são ligados à rede pelo meio wireless e as estações fixas são ligadas à redevia cabo metálico. As vantagens de uma rede local wireless são várias, porém suas facilidades sempre se depararam com oproblema da falta de padronização. Este problema era um obstáculo ao crescimento efetivo dastecnologias wireless, uma vez que cada fornecedor apresentava uma abordagem diferente, o que faziacom que os usuários se retraíssem, evitando as soluções proprietárias. Como esta tecnologia tinha uma grande perspectiva de crescimento o IEEE estabeleceu, em meados dosanos 90, um comitê para definir protocolos de transmissão para redes sem fio. Este comitê, ou grupo deestudo como é chamado, foi o 802.11. Em meados de 1997 foram aprovados os primeiros padrões pararedes sem fio: IEEE 802.11a e 802.11b. Certamente, o sucesso do padrão está conectado à convergênciada interoperabilidade entre diversas abordagens proprietárias para uma abordagem padronizada.(DANTAS, 2002) A introdução do IEEE 802.11, semelhantemente ao que ocorreu com as clássicas redes guiadas, permitiuum aumento no número de fabricantes que puderam prover serviços de redes locais wireless baseados emum sistema padrão e aberto. Aliado a isto, vieram também a maior competitividade e a consequenteredução dos custos desta tecnologia. Em geral, a responsável por uma variedade de funções de transmissão de dados é a camada de enlace

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(camada 2 do modelo OSI), incluindo também a certificação dos dados antes de serem transmitidos pelosistema cabeado ou a rádio, bem como as funções de controle de fluxo e de erro. A subcamada decontrole de acesso à mídia, que ocupa a porção mais baixa da camada de enlace de dados, como seupróprio nome sugere, controla o acesso ao meio físico de transmissão. Aí está concentrada a maioratenção por parte do comitê. Com a normatização 802.11, o IEEE define os chamados CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access WithCollision Avoidance) e RTS (Request to Send)/CTS (Clear to Send) como métodos de controle de acessoao meio em redes WLAN. Neste caso, o equipamento que deseja transmitir dados envia um sinalequivalente a um RTS de uma comunicação serial aos transceptores das estações de trabalho da rede eefetivamente transmite a informação somente após receber o CTS correspondente da rede, que seencontrará no estado de espera para que possa haver a transmissão da informação. Caso o CTS não sejarecebido pelo usuário que deseja iniciar uma transmissão na rede, será entendido que o canal estáocupado, e uma nova tentativa de conexão será feita num intervalo aleatório de tempo. Portanto, ousuário apenas transmite quando receber o sinal de que o canal está efetivamente livre. (DANTAS, 2002) Para as diversas implementações do padrão, foram escolhidas faixas de frequência que não necessitavamde licenciamento das Agências reguladores, como o ISM e U-NII. A faixa do ISM compreende trêssegmentos do espectro: de 902 a 928 MHz, de 2400 a 2483,5 MHz e de 5725 a 5825 MHz. Já a U-NII,apenas um segmento que varia de 5150 a 5825 MHz. (MF101 FURUKAWA) Como principais vantagens das redes wireless, podemos citar o menor custo de instalação e exploração, jáque não há necessidade de cabeamento; a maior rapidez de instalação e distribuição, considerando quenão é necessária a existência de uma grande infra-estrutura de cabeamento; e a mobilidade total dentrodos limites de alcance do sinal, já que não é uma topologia fixa. Como desvantagens, entramos no assunto da qualidade de serviço, uma vez que é inferior àquela que severifica para as redes cabeadas já que os cabeamentos par-metálicos de categorias 5E, 6 e 6A oferecemhoje uma maior taxa de transmissão – superior às redes Ethernet de 100 Mbit/s; e a segurança nosaspectos de confidencialidade e integridade dos dados transmitidos, já que as interfaces de rádio são“abertas”, facilitando a escuta de informação por parte de intrusos. Este último ponto constitui talvez otema de maior preocupação no âmbito das redes sem fios. Há ainda a questão de interferência, pois a frequência de 2,4 GHz é uma faixa liberada no Brasil e emgrande número dos países, isto é, não é necessário obter nenhum tipo de autorização junto ao órgãoresponsável local, o que impulsiona ainda mais a utilização de tecnologias que utilizam esta faixa, sejam asWLANs baseadas em 802.11, o Bluetooth (IEEE 802.15) ou outras tecnologias wireless menosconhecidas. A questão que deve ser observada é que um sistema operando no local pode causar interferência emoutro, a ponto de nenhum conseguir estabelecer comunicação de forma satisfatória. Além deequipamentos de telecomunicações existem ainda muitos outros que podem causar interferências na faixade 2,4 GHz, como os fornos de micro-ondas domésticos. Topologias Quanto à topologia, as redes wireless podem ser do tipo Ad-Hoc ou do tipo Infra-Estruturadas.

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As redes infra-estruturadas são aquelas que, como o próprio nome diz, contam com uma infra-estruturafísica de suporte que interliga os dispositivos wireless à rede, como por exemplo, acess points. Neste casoexiste um elemento concentrador e este se torna o equipamento central da rede, que estabelece acomunicação com várias estações clientes e detém as configurações de segurança (autorização,autenticação, controle de banda, filtros de pacote, criptografia, etc.). Este modelo facilita a interligaçãocom redes cabeadas e/ou com a Internet, já que em geral o concentrador também desempenha o papel degateway. Numa estrutura de rede física, estão presentes múltiplos nós (chamados de stations) ligados aos pontos deacesso (Access Points), que têm como dispositivo equivalente nas redes cabeadas, o hub ou roteador. OAP (Acess Point) está tipicamente ligado a uma rede ethernet e comunica com as estações através de umaantena emitindo e recebendo sinais de radiofrequência. As estações são usualmente notebooks ou outrosaparelhos equipados com placas de rede 802.11g/b/n, quepermitem o acesso via rádio através dos pontosde acesso. Um AP e múltiplas estações inseridas na área de cobertura do primeiro formam um BSS (Basic ServiceSet). Estes são geralmente interligados pelo sistema de distribuição ou DS (Distribution System). Umsistema de distribuição liga entre si distintos BSSs através dos APs de modo a constituir uma rede única,permitindo assim estender a cobertura a uma maior área geográfica. A rede no seu todo é neste contextodesignada deESS(Extended Service Set). Além disso, o sistema de distribuição interliga através dos APsasvárias redes wireless que formam um ESScom outras LANs, como pode ser visto na figura abaixo:

Figura 13: Representação de uma rede 802.11 Infra-EstruturadaFonte: o autor

As redes 802.11 suportam roaming entre pontos de acesso, isto é, um utilizadorconsegue ter continuidadede sessão quando comuta entre pontos de acesso pertencentes ao mesmo ESS. Compete aos APsgerir todoo processo de handover através da troca de mensagens de sinalização, cabendo ao sistema de distribuiçãoa transferência de dados entre os diferentes pontos de acesso. Já as redes Ad-Hoc são redes que não necessitam de qualquer suporte físico, permitindo assim aconstituição de uma rede de forma espontânea entre estações, ou seja, conecta dois pontos sem anecessidade de cabos ou ainda de um terceiro equipamento ativo, como um acess point, roteador wirelessou similar.É o tipo de estrutura em que não existe um ponto central de distribuição, neste caso as estaçõesestão interconectadas entre si.

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Estas redes não estruturadas formam um ou mais BSSs, designados por IBSS. Um BSS comporta umconjunto de estações que usam a mesma frequência de rádio, comunicando diretamente entre si. Nestecaso, uma estação não consegue falar com outra se não estiver dentro do seu alcance do sinal de rádio. Háinerentes limitações de alcance, pois sabe-se que a potência do sinal RF decai com o aumento dadistância, sendo que no caso da propagação através de obstáculos o decaimento é ainda mais elevado.Não existe, portanto, qualquer ponto de acesso que, estando ligado ao sistema de distribuição, permita aum nó comunicar com outra estação fora do seu alcance de rádio, ou seja, para comunicarem entre si asestações têm que estar dentro do alcance uma das outras.

Figura 14: Representação de uma rede 802.11 Ad-HocFonte: o autor

Assim, estações num mesmo BSS podem comunicar entre si, enquanto estações em BSSs distintos nãoconseguem estabelecer qualquer conexão. A constituição de múltiplos BSSs pode ser feita recorrendo àsua separação através da distância ou usando frequências diferentes para cada um dos Basic Service Sets.Neste último caso podem ser definidas várias redes ad-hoc fisicamente sobrepostas no mesmo espaçogeográfico. Este modo de operação pode ser mais apropriado em situações em que não haja um concentradordisponível ou mesmo em pequenas redes, porém deve-se enfatizar que a ausência do concentrador criavários problemas de segurança, administração e gerência da rede. Espalhamento de Espectro e Modulação É importante também entender as modulações e codificações utilizadas nestes sinais de redes sem fio,como o FHSS, DSSS e OFDM. O espalhamento de espectro com salto de frequência (ou FHSS) baseia-se na técnica de codificação deespalhamento de espectro, cuja idéia é espalhar a potência do sinal transmitido numa nova largura debanda, muito maior que a necessária para transmitir o sinal original. Nesta técnica, a SNR é reduzida semprejudicar o desempenho do sistema. No FHSS, a banda total é dividida em canais que são uma pequena largura de banda associada a umafrequência portadora. Um circuito gerador de códigos pseudo-randômicos que trabalha num padrão na

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qual os canais ficarão disponíveis para a transmissão. Durante a transmissão, o sinal de informação iniciapelo canal 1 (um), por exemplo, e passados alguns instantes, salta para o canal 3 (três), e assim por diante,fazendo com que o sinal ocupe toda a banda. O espalhamento de espectro por sequência direta (DSSS) é uma técnica que se baseia em aplicar umamodulação ao sinal de banda-estreita por um sinal banda larga, de modo a espalhar o sinal no espectro defrequências. Os sinais utilizados para o espalhamento são códigos ortogonais ou códigos pseudo-randômicos, conhecidos como códigos PN (Pseudonoise), que contém um número finito de símbolos. O resultado da utilização desta técnica em relação à redução de interferências é que após o espalhamentodo sinal, a interferência gerada em outros sistemas não é de alta potência em uma faixa estreita, mas umabaixa potência em toda a faixa, similar a um ruído branco de baixa potência. A multiplexação ortogonal por divisão de frequências (OFDM) é uma técnica rigorosamente não deveriaser chamada de espalhamento espectral, mas de técnica de transmissão de dados, pois baseia-se no uso demúltiplas portadoras (chamadas de sub-portadoras), que permanecem fixas (no espectro) e não sãoespalhadas. Ainda assim, está classificada como espalhamento de espectro, em razão dos seus efeitos. A técnica funciona dividindo o sinal em partes e, cada sub-portadora transmite uma das partes do sinal. Ataxa total de transmissão depende de quantas portadoras são utilizadas. Além de permitir a utilização debaixa potência em cada uma das sub-portadoras, esta técnica, utilizada no padrão 802.11g e 802.11a, émais robusta aos efeitos de multipercursos que as técnicas de espalhamento espectral apresentadas. Padrões 802.11 O comitê 802.11 do IEEE aprovou em meados de 1997 os padrões os padrões 802.11b e 802.11a.Atualmente, o IEEE continua trabalhando nos padrões para a indústria de WLANs, e ainda outrospadrões para redes sem fio, como os de WPAN (Wireless Personal Area Network), no qual se inclui oBluetooth (802.15), o BBWA (Broadband Wireless Access, com o grupo 802.16), e o WiMax.

Tabela 08: Grupos do IEEE 802.11

GRUPO O QUE FAZ

802.11a Padrão que trabalha em 5GHz com taxas de 54Mbit/s

802.11b Opera em 2,4 GHz com taxas de 11Mbit/s

802.11e Adiciona QoS ao 802.11a/b/g p/ aplicações de voz e vídeo

802.11f Melhora a autenticação na comunicação entre APs

802.11g Opera em 2,4 GHz com taxas de 54 e 108Mbit/s

802.11i Substitui a criptografia WEP e opera com o AES

802.11nRedes Wi-Fi mais rápidas, mais seguras, c/ maior alcance, e que consomem menos

energia.

Fonte: o autor

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Dentre os padrões do 802.11, torna-se mais importante o entendimento dos seguintes:

IEEE 802.11a: Padrão que opera na faixa de 5GHz, utilizando modulação OFDM com 52portadoras e atingindo uma velocidade máxima de 54 Mbit/s. Possui 12 canais nãosobrepostos, sendo 8 para aplicações indoor e 4 para aplicações ponto-a-ponto. Asportadoras possuem largura de banda de 16,6 MHz, com espaçamento de 20MHz.IEEE 802.11b: Opera na faixa de 2,4GHz utilizando modulação CCK, DQPSK e DBPSK,com tecnologia DSSS, atingindo a velocidade máxima de 11Mbit/s. Possui 12 canais nãosobrepostos, sendo 8 para aplicações indoor e 4 para aplicações ponto-a-ponto. Asportadoras possuem banda com largura de 22MHz, com espaçamento de 5MHz.IEEE 802.11g: O padrão opera na faixa de 2,4GHz, utilizando a modulação OFDM e atingevelocidade máxima de 54Mbit/s. Ele é compatível com o 802.11b, então, pode operar comuma portadora ou com várias, e deve implementar as mesmas modulações. Possui 13 canaisnão sobrepostos com banda de 22 MHz e espaçamento de 5MHz. Este padrão equaciona aprincipal desvantagem do 802.11a, que é utilizar a frequência de 5GHz e não permitir inter-operação com 802.11b. O fato de o 802.11g operar na mesma frequência do 802.11b (2,4GHz) permite que equipamentos de ambos os padrões (b e g) coexistam no mesmo ambiente,possibilitando assim evolução menos traumática das instalações. Além disso, o 802.11gincorpora várias das características positivas do 802.11a, como a de utilizar também amodulação OFDM (além da DSSS) e taxa próxima aos 54Mbit/s nominais. Por oferece ummelhor alcance numa melhor taxa de transmissão (exceto pelo 802.11n) tornou-se o maisutilizado no mercado atualmente. Há ainda equipamentos com o mesmo padrão de 802.11g(ainda não normatizados) que oferecem uma velocidade de transmissão de 108Mbit/s, muitocomuns e acessíveis no mercado.IEEE 802.11n: padrão que opera na faixa de 2,4 e 5GHz. Baseia-se principalmente emantenas MIMO, ou seja, utiliza uma combinação de antenas para uma melhor performance desinal, alcançando até 600Mbit/s para configurações 4x4 (4 antenas emissoras e 4 antenasreceptoras). O padrão ainda é novo e, justamente pela novidade, ainda mostra-se como umatecnologia cara. Os equipamentos compatíveis (placas, acess points) ainda não se difundirama todos os produtos novos do mercado, e ainda não apresentam preços acessíveis.

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Câmeras IP I: Considerações finais Este tutorial pare I procurou apresentar os fundamentos teóricos necessários para que os testescomparativos de uso das soluções de transmissão de sinais das câmeras IP tornem-se possíveis ecorretos. Inicialmente apresentou noções de comunicação, com ênfase nos sinais transmitidos, e aseguir apresentou noções sobre os meios de transmissão, com ou sem fios. O tutorial parte II apresentará os materiais e métodos utilizados no teste, os resultados dos testesrealizados, a avaliação comparativa dos resultados obtidos e as conclusões finais.

Referências SIQUEIRA, Ethevaldo – “Três Momentos da História das Telecomunicações no Brasil”, 2ªEdição – Dezembro Editorial, 1999. SIQUEIRA, Ethevaldo – “Grandes Personalidades das Comunicações”, 1ª Edição – DezembroEditorial, 2001. GADELHA, Julia – “A Evolução dos Computadores”. Universidade Federal Fluminense, 2001.Pesquisa on-line site Instituto de Computação. Disponível em:http://www.ic.uff.br/~aconci/evolucao.htmlAcesso em 28 de junho de 2010 SOARES, Luis Fernando G.; LEMOS, Guido; COLCHER, Sérgio – “Redes de Computadores:Das Lans, Mans e Wans às Redes ATM”, 2ª Edição – Editora Campus, 1995. SOUSA, Lindeberg Barros de – “Redes de Computadores – Dados, Voz e Imagem”, 7ª Edição –Editora Érica, 2004. DANTAS, Mario – “Tecnologias de Redes de Comunicação e Computadores” – Editora AxcelBooks, 2002. PINHEIRO, José Mauricio S. – “Guia Completo de Cabeamento de Redes”, 1ª Edição – EditoraCampus, 2003. PINHEIRO, José Mauricio S. – “Projeto e Construção de Redes” - Curso Seqüencial deComputadores – UniFOA, Centro Universidade de Volta Redonda, Volta Redonda, 2005. MARTIGNONI, Marcos Aurélio – “Apostila de Cabling I” – Lucalm, 2004. Pesquisa on-line siteLucalm. Disponível em:http://www.lucalm.hpg.ig.com.br/cabeamento.htmAcesso em 28 de junho de 2010 MORINOTO, Carlos E. – “Tipos de Cabos de Rede” – Guia do Hardware, 2006. Pesquisa on-linesite Guia do hardware. Disponível em:http://www.guiadohardware.net/guias/14/index2.phpAcesso em 28 de junho de 2010

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MF 101 FURUKAWA – “Introdução à Tecnologia de Redes” – Apostila de Treinamento FurukawaCertified Professional. CATÁLOGO DE PRODUTOS SONY, disponibilizado impresso pelo fabricante. CATÁLOGO DE PRODUTOS D-NET, disponibilizado impresso pelo fabricante. CATÁLOGO DE PRODUTOS SMC, disponibilizado impresso pelo fabricante. CATÁLOGO DE PRODUTOS FURUKAWA, disponibilizado impresso pelo fabricante.

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Câmeras IP I: Teste seu entendimento 1. Qual das alternativas abaixo representa alguns dos fenômenos que podem degradar o sinalnos canais de transmissão de uma comunicação?

Distorção de retardo, de atenuação e distorção harmônica.

Distorção característica, ruídos e diafonia.

Eco, phase jitter e drop-out.

Todas as anteriores. 2. No contexto deste tutorial, quais são as duas categorias de meios de transmissão utilizadasnas redes de comunicação?

Meios guiados e meios não guiados.

Meios guiados e meios teleguiados.

Meios teleguiados e meios não guiados.

Meios ópticos e meios elétricos. 3. Quais são os tipos de topologias utilizadas nas redes Wireless?

Rede Ad-hoc e In-Out.

Rede Ad-hoc e infra-estruturadas.

Rede In-out e infra-estruturadas.

Rede Ad-hoc e AP.

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