Conceitos sobre Comunicação Sem Fioangel.acmesecurity.org/~adriano/redes/net-adr-2004-wireless.pdf · ii Conceitos sobre Comunicação Sem Fio Prefácio 2004 Este material didático

unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

REDES DE COMPUTADORESAnotações de Aula e Slides

Conceitos sobreComunicação Sem Fio

http://www.acmesecurity.org/redes

Adriano Mauro [email protected]

São José do Rio PretoBacharelado em Ciências da Computação

MMIV

ii

Conceitos sobre Comunicação Sem FioPrefácio 2004

Este material didático faz parte da coleção de slides e notas de aula do Curso de Redes deComputadores para o primeiro semestre de 2004, na UNESP – Universidade EstadualPaulista, Campus de São José do Rio Preto, sob responsabilidade do Professor Adriano MauroCansian. A principal função destas notas de aula é facilitar a realização das anotações dostópicos mais importantes discutidos em sala de aula, agilizando assim o andamento do cursopara os alunos.

Este material tem finalidade meramente educacional e é totalmente GRATUITO. Estasnotas de aula podem conter figuras ou textos extraídos de outras fontes, as quais, quandoocorrerem, serão devidamente citadas. Os direitos autorais dos textos citados são depropriedade de seus detentores. Esta não é uma obra comercial. A citação ou uso dematerial de outros autores, quando ocorrer, tem finalidade meramente didática. Nem oautor, nem a UNESP, se responsabilizam por quaisquer danos diretos ou indiretos que o usodeste material possa eventualmente causar. Este material pode ser copiado livremente, desdeque citadas todas as fontes, e respeitados os detentores dos direitos autorais, e desde que omaterial seja distribuído por inteiro e não em partes, inclusive com os prefácios. A referência aqualquer produto comercial específico, marca, modelo, estabelecimento comercial, processo ouserviço, através de nome comercial, marca registrada, nome de fabricante, fornecedor, ounome de empresa, necessariamente NÃO constitui ou insinua seu endosso, recomendação, oufavorecimento por parte da UNESP ou do autor. A UNESP ou o autor não endossam ourecomendam marcas, produtos, estabelecimentos comerciais, serviços ou fornecedores dequaisquer espécies, em nenhuma hipótese. As eventuais marcas e patentes mencionadas sãode propriedade exclusiva dos detentores originais dos seus direitos e, quando citadas,aparecem meramente em caráter informativo, para auxiliar os participantes do curso, numabase de boa-fé pública. Os participantes ou outros interessados devem utilizar estasinformações por sua conta e risco, e estarem cientes desta notificação. Este material didáticonão se trata de uma publicação oficial da UNESP. Seu conteúdo não foi examinado oueditado por esta instituição. As opiniões refletem a posição do autor.

Copyright (c) ADRIANO MAURO CANSIAN. É dada permissão para copiar, distribuir e/oumodificar este documento sob os termos da Licença de Documentação Livre GNU,Versão 1.1 ou qualquer versão posterior publicada pela FREE SOFTWARE FOUNDATIONem http://www.gnu.org/licenses/licenses.html, SEM Seções Invariantes, com os Textosda Capa da Frente sendo “Curso de Redes de Computadores – Prof. Adriano MauroCansian”, e com os textos da quarta-capa sendo as páginas numeradas de “ii” até “v”deste documento.

São José do Rio Preto, SP - 28 de agosto de 2004.Adriano Mauro Cansian

Adriano Mauro CansianProfessor Assistente Doutor * [email protected] / [email protected] - Universidade Estadual PaulistaCampus de São José do Rio PretoDepto. de Ciência da Computação e EstatísticaLaboratório ACME! de Pesquisa em Segurança de Computadores e RedesEndereço:R. Cristóvão Colombo, 2265 - Jd. Nazareth15055-000 * São José do Rio Preto, SP – Brasil.Tel. (17) 221-2475 (laboratório) / 221-2201 (secretaria)http://www.acmesecurity.org/~adriano

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iii

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iv

“ Know what you like and know what you yearnbut they don't know a thing about me

I'm not that easy, I'm blank file in their memory.”Blank File – Sonata Arctica, in “Ecliptica” album (1999).

Conceitos sobreConceitos sobre

comunicacomunicaçãção sem fioo sem fio

Adriano Mauro CansianAdriano Mauro Cansian

UNESP - SUNESP - Sãão Joso Joséé do Rio Preto do Rio Preto

____________________________________________________________http://www.acmesecurity.org/redeshttp://www.acmesecurity.org/redes

20042004

Adriano Mauro Cansian 2

O novo mundoO novo mundo

•• Grande revoluGrande revoluçãção da banda larga:o da banda larga:–– Fibra Fibra óóticatica

•• Comparando com o cobre:Comparando com o cobre:–– Melhora a Melhora a largura de bandalargura de banda taxas de erro por taxas de erro por

um fator de bilhum fator de bilhõões (10 ordens de magnitude).es (10 ordens de magnitude).


Um milagre imUm milagre imóóvel ! (1)vel ! (1)

•• A fibra estA fibra estáá ligada ligada àà era do computador: era do computador:–– O velho arranjo de mesa e cabos plugados naO velho arranjo de mesa e cabos plugados na

parede.parede.

•• Para entrar no mundo da fibrosfera Para entrar no mundo da fibrosfera éé preciso precisopagar um pedpagar um pedáágio requintadogio requintado–– ÉÉ preciso preciso encontrar a conexencontrar a conexãão certao certa entre dezenas de entre dezenas de

comprimentos de onda em um mincomprimentos de onda em um minúúsculo miolo de fibrasculo miolo de fibraóótica, da largura de 1 dtica, da largura de 1 déécimo de dicimo de diââmetro de um cabelometro de um cabelohumano, e depois fazer a conexhumano, e depois fazer a conexãão.o.



•• Uma vez que se tenha o acesso Uma vez que se tenha o acesso àà fibra fibra éépreciso fazer a preciso fazer a conexconexããoo..

•• Ou seja: Ou seja: o milagre da foto milagre da fotôônica depende danica depende da““ciciêência de soquetencia de soquete””..–– NNãão se pode fazer isso o se pode fazer isso on the roadon the road..

–– NNãão se pode fazer isso em movimento.o se pode fazer isso em movimento.•• A economia do silA economia do silíício estcio estáá limitada. limitada.



•• Os humanos preferem a Os humanos preferem a mobilidademobilidade, na, namaior parte do tempo.maior parte do tempo.

•• As recompensas trazidas pela fibra As recompensas trazidas pela fibra óóticaticacontinuarcontinuarãão sendo prazeres domo sendo prazeres doméésticos,sticos,para quem estpara quem estáá devidamente devidamente conectadoconectado e ebem acomodado.bem acomodado.


O avanO avançço da tecnologia sem fio (1)o da tecnologia sem fio (1)

•• Entretanto: Entretanto: a tecnologia sem fio esta tecnologia sem fio estááavanavanççando de forma tando de forma tãão ro ráápida quanto apida quanto afibrafibra..

•• Chave do sucesso: reconhecimento (tardio)Chave do sucesso: reconhecimento (tardio)de que a de que a tecnologia tecnologia ““COM FIOCOM FIO”” n nãão o éédiferente da tecnologia sem fiodiferente da tecnologia sem fio..

•• ÉÉ tudo tudo parte do mesmo paradigmaparte do mesmo paradigma..



•• O mesmo paradigma: mesmos cO mesmo paradigma: mesmos cáálculos delculos delargura de bandalargura de banda, , comprimento de ondacomprimento de onda,,ororççamentos e velocidade da luz.amentos e velocidade da luz.

•• Pense nas ondas de rPense nas ondas de ráádio eletromagndio eletromagnééticasticascomo fcomo fóótons isolados pela atmosfera, aotons isolados pela atmosfera, aoinvinvéés do vidro.s do vidro.



•• Estas ferramentas de comunicaEstas ferramentas de comunicaçãção esto estããoorelacionadas, e se relacionadas, e se complementamcomplementam

tecnologicamente.tecnologicamente.

•• Nenhuma conseguirNenhuma conseguiráá prevalecer sem a prevalecer sem aoutra.outra.

•• A A fribrosferafribrosfera precisa da precisa da atmosferaatmosfera, e vice-, e vice-versa.versa.



•• O computador pessoal mais comum jO computador pessoal mais comum jáá éé o otelefone digitaltelefone digital..

•• No mundo: No mundo: 1,52 bilh1,52 bilhãão* de telefoneso* de telefonescelulares digitaiscelulares digitais e apenas e apenas 400 milh400 milhõões dees decomputadores pessoaiscomputadores pessoais..

•• Logo o celular serLogo o celular seráá mais poderoso do que mais poderoso do queseu computador pessoal.seu computador pessoal.

**agosto/2004 - Fonte: agosto/2004 - Fonte: http://www.cellular.co.za/


O avanO avançço dos telefones pessoais o dos telefones pessoais (1)(1)

•• TTãão o portportáátiltil quanto um rel quanto um relóógio e tgio e tããoopessoal quanto sua carteira.pessoal quanto sua carteira.

•• Reconhece voz e converte em texto.Reconhece voz e converte em texto.

•• Conectado ao carro, ajuda a navegar comConectado ao carro, ajuda a navegar commapas e GPS.mapas e GPS.

•• ReunirReuniráá automaticamente suas automaticamente suas correspondcorrespondêênciasncias

e e notnotííciascias de sua prefer de sua preferêência, e as lerncia, e as leráá..



•• NavegarNavegaráá pela WWW e far pela WWW e faráá downloaddownload de deinformainformaçõções conforme necesses conforme necessáário.rio.

•• InformarInformaráá condi condiçõções do tempo e de es do tempo e de trtrâânsitonsito

do local para onde vocdo local para onde vocêê est estáá indo. indo.•• RealizarRealizaráá transa transaçõções e compras e transferires e compras e transferiráá

crcrééditos para o medidores de ditos para o medidores de crcrééditodito

criptogrcriptográáficofico no seu microprocessador, ou em um no seu microprocessador, ou em umchipchip com cart com cartãão inteligenteo inteligente..



•• PoderPoderáá pagar impostos ou evita-los. pagar impostos ou evita-los.•• TirarTiraráá fotos e as enviar fotos e as enviaráá..•• DestrancarDestrancaráá portas de carro e de casas. portas de carro e de casas.•• TocarTocaráá m múúsica digital (sica digital (MP3MP3) ou de r) ou de ráádio.dio.•• CarregarCarregaráá livros e os impremir livros e os impremiráá numa numa

impressora apropriada.impressora apropriada.•• TerTeráá endere endereçço na Internet e um mecanismo deo na Internet e um mecanismo de

execuexecuçãção o JavaJava..



•• FarFaráá conex conexãão com qualquer monitor, tela,o com qualquer monitor, tela,teclado, dispositivo de armazenamento, outeclado, dispositivo de armazenamento, ououtros perifoutros perifééricos.ricos.

•• Conectado a um Conectado a um notebooknotebook, j, jáá pode fazer pode fazerconexconexõões a 2,4 Mbps muito ales a 2,4 Mbps muito aléém de umm de umADSL de 256 Kbps, ou cerca de ADSL de 256 Kbps, ou cerca de 43 vezes43 vezes

mais rmais ráápido que um modem pido que um modem dial-updial-up

conectado na linha telefconectado na linha telefôônicanica..Adriano Mauro Cansian 14

ExigExigêências das freqncias das freqüêüências (1)ncias (1)

•• Praticamente toda a radiaPraticamente toda a radiaçãçãooeletromagneletromagnéética pode transmitir informatica pode transmitir informaçãção.o.

•• Quanto Quanto maior as freqmaior as freqüêüênciasncias, mais espa, mais espaççooelas tendem a reservar para isso.elas tendem a reservar para isso.

•• Na prNa práática: engenheiros stica: engenheiros sãão conservadores,o conservadores,concentrando as freqconcentrando as freqüêüências na base doncias na base do

espectro, usando menos de 1% do totalespectro, usando menos de 1% do total..


ExigExigêências das freqncias das freqüêüências (2)ncias (2)

•• A vasta expansA vasta expansãão da tecnologia sem fio exigiro da tecnologia sem fio exigiráá um umaumento para freqaumento para freqüêüências mais altas.ncias mais altas.

–– Escalando atEscalando atéé alcan alcanççar as freqar as freqüêüências infravermelhasncias infravermelhasdas fibras das fibras óópticas.pticas.

–– No princNo princíípio: KHzpio: KHz

–– Atualmente: GHzAtualmente: GHz

•• A A fibrosferafibrosfera e a e a atmosferaatmosfera se fundir se fundirãão em umo em um““reino unificadoreino unificado””..


Teoria da informaTeoria da informaçãção (1)o (1)

•• ComunicaComunicaçãção faz parte da vida natural doso faz parte da vida natural doshumanos.humanos.–– Mas nMas nãão tinha uma explicao tinha uma explicaçãção teo teóórica, atrica, atéé o o

final dos anos 40.final dos anos 40.

•• 1948: 1948: Claude ShannonClaude Shannon criou a criou a teoria dateoria dainformainformaçãçãoo..–– Especifica e define a maior parte daEspecifica e define a maior parte da

comunicacomunicaçãção moderna e da cio moderna e da ciêência dancia dacomputacomputaçãção.o.



•• Teorema se Shannon:Teorema se Shannon:–– Correlaciona Correlaciona largura de bandalargura de banda com com ruruíídodo..

–– Calcula a capacidade de Calcula a capacidade de transmitirtransmitir

informainformaçãçãoo em um canal de determinada em um canal de determinadalargura de bandalargura de banda, na presen, na presençça de rua de ruíído.do.



•• Mostrou aos engenheiros que eles podemMostrou aos engenheiros que eles podemescolher entre:escolher entre:

Banda estreita e Banda estreita e alta potalta potêênciancia

XX

Banda largaBanda larga e menor pot e menor potêênciancia

Como a economia pode gerarComo a economia pode gerardesperddesperdííciocio


Economia de banda (1)Economia de banda (1)

•• SuposiSuposiçãção que o que largura de bandalargura de banda utiliz utilizáávelveléé escassaescassa e e caracara::–– Maioria dos engenheiros da tecnologia sem fioMaioria dos engenheiros da tecnologia sem fio

fizeram de tudo para fizeram de tudo para economiza-laeconomiza-la..

–– Abordagem antiga: Abordagem antiga: largura de banda estreitalargura de banda estreita

e e grande potgrande potêênciancia..

–– Ou seja: Ou seja: comprimentos de onda longoscomprimentos de onda longos ( (!!) e) ealta potalta potêência.ncia.



•• Engenheiros utilizavam Engenheiros utilizavam potpotêênciancia como comosubstitutosubstituto para para largura de bandalargura de banda..–– IdIdééia: ia: éé poss possíível superar um canal ruidosovel superar um canal ruidoso

com sinais mais potentes.com sinais mais potentes.

•• Economizando espectro:Economizando espectro:–– Sistemas analSistemas analóógico como televisgico como televisãão e ro e ráádio.dio.

–– Mais adiante, telefonia sem fio (celularMais adiante, telefonia sem fio (celularanalanalóógicogico).).



•• Nada parecia ser mais eficiente em termosNada parecia ser mais eficiente em termosde espectro do que enviar uma de espectro do que enviar uma ccóópia exatapia exata

do contedo conteúúdo a ser transmitido:do a ser transmitido:

–– Um anUm anáálogo exato de sons e imagens.logo exato de sons e imagens.

–– Utilizar todo o ponto da onda para transmitir.Utilizar todo o ponto da onda para transmitir.

•• Problema: Problema: ““ruruíídosdos”” ou interfer ou interferêências.ncias.

•• SoluSoluçãção: o: restrirestriçãção do espectroo do espectro..



•• Abordagem de Abordagem de ““longo e fortelongo e forte”” com uso com usoexclusivo de bandas:exclusivo de bandas:–– PareciaParecia mais eficiente do que sistemas digitais mais eficiente do que sistemas digitais

que exigem manipulaque exigem manipulaçãção e converso e conversãão de longaso de longasseqseqüêüências de ncias de 00’’ss e e 11’’ss

–– Usar a Usar a ““densadensa”” e e ““precisaprecisa”” informa informaçãção da ondao da ondaanalanalóógica, e reduzi-la a um cgica, e reduzi-la a um cóódigo digital digo digital ““onon””e e ““offoff”” era o c era o cúúmulo do mulo do desperddesperdííciocio..



•• Ironicamente: Ironicamente: polpolíítica de tica de economizareconomizarespectroespectro acabou levando ao seu acabou levando ao seu consumoconsumototaltotal..

•• Ou: Ou: ““Quando todos falam mais alto,Quando todos falam mais alto,ninguninguéém consegue ouvir muito bemm consegue ouvir muito bem””..

•• RegiRegiõões favorecidas na base do espectroes favorecidas na base do espectroestestãão lotadas: ro lotadas: ráádios, dios, pagerspagers, televis, televisãão,o,micro-ondas, satmicro-ondas, satéélite, etc...lite, etc...


O Espectro de FreqO Espectro de Freqüêüênciasncias

ELF

VLF

LF

MF

HF

VHF

UHF

Optical

Microwave

Marinha/Submarinos

Rádio AM : 550 - 1650 KHz

Segurança Pública: 150 - 160 MHzTV (UHF): 220 - 500 MHzSegurança Pública : 460 - 500 MHzTelefone Celular: 800 MHzTelefone sem Fio (digital): 900 MHz

TV (VHF): 54 - 216 MHzRádio FM: 88 - 108 MHz

PCS: 1.85 - 2.2 GHz

PCS ET: 2 GHz

100 KHz

100 MHz

10 MHz

1 KHz

10 KHz

1 MHz

1 GHz

10 GHz


Teorema de Shannon (1)Teorema de Shannon (1)

•• Shannon: ofereceu um Shannon: ofereceu um novo paradigmanovo paradigma,,redefinindo a relaredefinindo a relaçãção entre poto entre potêência, runcia, ruíído edo einformainformaçãção.o.–– Demonstrou que um fluxo de sinais transmiteDemonstrou que um fluxo de sinais transmite

informainformaçõções apenas na medida em que fornecees apenas na medida em que fornecedados inesperadosdados inesperados..

–– Ou seja: apenas na medida em que Ou seja: apenas na medida em que acrescenteacrescente

algo ao que vocalgo ao que vocêê j jáá sabe sabe..



•• Em uma mensagem digital: fluxo de bitsEm uma mensagem digital: fluxo de bitsaleataleatóórios chama-se rios chama-se ruruíído aleatdo aleatóóriorio, , ruruíídodo

gaussianogaussiano, ou , ou ruruíído brancodo branco..–– Esta transmissEsta transmissãão assemelha-se o assemelha-se àà luz branca, que luz branca, que

cobre o arco-cobre o arco-ííris inteiro num borrris inteiro num borrãão branco eo branco ebrilhante.brilhante.

–– ContContéém todo o espectro de freqm todo o espectro de freqüêüências.ncias.



•• Shannon demonstrou que quanto mais aShannon demonstrou que quanto mais atransmisstransmissãão se parece com esta forma deo se parece com esta forma de““ruruíído brancodo branco””, , mais informamais informaçõções ela podees ela pode

conterconter..

•• Desde que a informaDesde que a informaçãção seja o seja moduladamodulada

para uma freqpara uma freqüêüência de portadora regular.ncia de portadora regular.–– Portadora de baixa entropia, para transmitirPortadora de baixa entropia, para transmitir

mensagem de alta entropia.mensagem de alta entropia.



•• Alternativa de Shannon Alternativa de Shannon éé larga e fracalarga e fraca::

NNãão combater o ruo combater o ruíído com energia eldo com energia eléétrica,trica,mas mas juntar a ele informajuntar a ele informaçãção semelhanteo semelhante

ao ruao ruíídodo, sem falar mais alto, mas sim mais, sem falar mais alto, mas sim maisbaixo, baixo, em cem cóódigos bem elaboradosdigos bem elaborados,,utilizando mais largura de banda.utilizando mais largura de banda.



•• Reconheceu que maior potReconheceu que maior potêência melhora ancia melhora aeficieficiêência de um sinal ncia de um sinal analanalóógicogico::–– Ouve-se melhor o som inesperado se ele estiverOuve-se melhor o som inesperado se ele estiver

mais alto.mais alto.

•• Entretanto: mais potEntretanto: mais potêência degrada ancia degrada aeficieficiêência ncia digitaldigital..–– Um bit Um bit éé um bit, n um bit, nãão importa sua alturao importa sua altura..

–– Sinal alto pode Sinal alto pode abafarabafar as mensagens as mensagens àà sua volta. sua volta.


ComunicaComunicaçãção digital (1)o digital (1)

•• ComunicaComunicaçãção digital: o digital: o que importa o que importa éé a a

largura de bandalargura de banda..

•• ComunicaComunicaçãção analo analóógica: melhora pelogica: melhora pelologaritmologaritmo da largura de banda. da largura de banda.

•• EficiEficiêência digitalncia digital: aumenta: aumentaaproximadamente pelo aproximadamente pelo quadrado daquadrado da

largura de bandalargura de banda..


ComunicaComunicaçãção digital e ruo digital e ruíídosdos

•• Num mundo ruidoso dos cabos ou dasNum mundo ruidoso dos cabos ou dasccéélulas sem fio:lulas sem fio:–– A A duplicaduplicaçãção da largura de bandao da largura de banda nnããoo dobra dobra

simplesmente a quantidade de informasimplesmente a quantidade de informaçãção queo quepode ser enviada. Ela, no mpode ser enviada. Ela, no míínimo, nimo, quadruplicaquadruplica

((4x4x).).

•• Largura de bandaLargura de banda: substituto para a pot: substituto para a potêêncianciacomo remcomo reméédio para rudio para ruíídos ou interferdos ou interferêências.ncias.


O triunfo da largura de bandaO triunfo da largura de banda

•• Largura de banda estLargura de banda estáá prevalecendo. prevalecendo.–– Quanto maior a freqQuanto maior a freqüêüência: maior a largura dencia: maior a largura de

banda.banda.

–– Quanto maior a freqQuanto maior a freqüêüênciancia, MENOR ser, MENOR seráá o ocomprimento de ondacomprimento de onda..

•• Menor comprimento de onda: Menor comprimento de onda: menor amenor a

potpotêênciancia, , mais curta a antenamais curta a antena, mais fina a, mais fina abateria, bateria, e melhor sere melhor seráá a comunica a comunicaçãçãoo..


A era A era wireless wireless e os celularese os celulares (1)(1)

•• InIníício da telefonia celular digital: GSMcio da telefonia celular digital: GSM–– GSM: GSM: Groupe Speciale MobileGroupe Speciale Mobile

(depois o atual GSM = (depois o atual GSM = Global System MobileGlobal System Mobile))–– Aprovado e adotado pela UniAprovado e adotado pela Uniãão Europo Europééiaia

(d(déécada de 1990)cada de 1990)

•• GSM: GSM: sistema digital conservadorsistema digital conservador, que, quesupera por um fator de 3 o nsupera por um fator de 3 o núúmero demero deusuusuáários em um canal celular analrios em um canal celular analóógico.gico.


A era A era wireless wireless e os celulares (2)e os celulares (2)

•• GSM original: utilizava um mGSM original: utilizava um méétodo detodo deacesso chamado de acesso chamado de TDMATDMA ( (Time-DivisionTime-Division

Multiple AccessMultiple Access) ou ) ou ““Acesso MAcesso Múúltiplo porltiplo porDivisDivisãão de Tempoo de Tempo””..

•• Originado das empresas telefOriginado das empresas telefôônicasnicasconvencionais, para colocar mais de umaconvencionais, para colocar mais de umachamada telefchamada telefôônica em cada linha digital.nica em cada linha digital.


TDMATDMA

DivisDivisãão de banda emo de banda em““pedapedaççosos””

•• DivisDivisãão poro porfrequfrequêência ncia ((FDM -FDM -

Frequency DivisionFrequency Division

MultiplexingMultiplexing))

•• DivisDivisãão por tempoo por tempo

((TDM - Time DivisionTDM - Time Division

MultiplexingMultiplexing))


A era A era wireless wireless e os celulares (3)e os celulares (3)

•• Estados Unidos (Estados Unidos (U.S. Telephone IndustryU.S. Telephone Industry

Association - TIAAssociation - TIA) adotou em 1991 o padr) adotou em 1991 o padrããooTDMA, semelhante ao GSM Europeu.TDMA, semelhante ao GSM Europeu.

•• Moderam a isca: McCaw (agora AT&T), aModeram a isca: McCaw (agora AT&T), aBell SouthBell South e e Southwestern Bell.Southwestern Bell.

–– Ao invAo invéés de partirem para a inovas de partirem para a inovaçãção,o,

adotaram um sistema celular digitaladotaram um sistema celular digital

obsoletoobsoleto..


Enquanto isso, o CDMA...Enquanto isso, o CDMA...

•• Grupo de engenheiros do MIT (IrwinGrupo de engenheiros do MIT (IrwinJacobs e Andrew Viterbi) fundaram aJacobs e Andrew Viterbi) fundaram aQualcommQualcomm..

•• Ao invAo invéés de comprimir cada chamada entres de comprimir cada chamada entre3 e 10 min3 e 10 minúúsculos sculos slotsslots de tempo TDMA, de tempo TDMA,em um canal de 30 KHz, elesem um canal de 30 KHz, elesdesenvolveram um sistema chamadodesenvolveram um sistema chamadoCDMACDMA..


CDMA (1)CDMA (1)

•• CDMA: CDMA: Code Divison MultiplexingCode Divison Multiplexing

–– Acesso mAcesso múúltiplo por divisltiplo por divisãão de co de cóódigodigo

–– DistinDistinçãção entre chamadas: o entre chamadas: multiplicando seumultiplicando seusinal digital por um sinal digital por um ccóódigodigo que se assemelha ao que se assemelha aoruruíído brancodo branco..

–– Difunde o sinal em um trecho grande de 1,25Difunde o sinal em um trecho grande de 1,25MHz do espectro celular.MHz do espectro celular.


CDMA (2)CDMA (2)

•• Muitos usuMuitos usuáários compartilham o mesmorios compartilham o mesmoespectro de uma sespectro de uma sóó vez. vez.

•• Cada telefone Cada telefone éé programado com um programado com umccóódigodigo de de pseudo-rupseudo-ruíído especdo especííficofico, que , que ééusado para estender um sinal de usado para estender um sinal de baixabaixa

potpotêênciancia, em uma faixa de freq, em uma faixa de freqüêüência larga.ncia larga.


CDMA (3)CDMA (3)

•• A A estaestaçãção baseo base utiliza o mesmo c utiliza o mesmo cóódigo dodigo doaparelho de forma invertida (0aparelho de forma invertida (0’’s trocadoss trocadoscom 1com 1’’s) para reconstituir o sinal digitals) para reconstituir o sinal digitaloriginal de cada aparelho.original de cada aparelho.

•• Todos os cTodos os cóódigos permanecem espalhados,digos permanecem espalhados,indistinguindistinguííveis do ruveis do ruíído de fundo.do de fundo.–– A base tem os cA base tem os cóódigos de todos os aparelhos.digos de todos os aparelhos.


TDMA x CDMA (1)TDMA x CDMA (1)

•• Analogia TDMA x CDMAAnalogia TDMA x CDMA

•• TDMATDMA: cada pessoa restringiria sua fala: cada pessoa restringiria sua falanum espanum espaçço de tempo especo de tempo especíífico, enquantofico, enquantotodos permanecem em siltodos permanecem em silêêncio.ncio.

•• CDMACDMA: todos podem falar de uma vez, mas: todos podem falar de uma vez, masem idiomas diferentes, todos ouvem asem idiomas diferentes, todos ouvem asmensagens em seus prmensagens em seus próóprios idiomas eprios idiomas eignoram os outros sons como ruignoram os outros sons como ruíídos.dos.



•• No CDMA: permite que cada um faleNo CDMA: permite que cada um falelivremente, mas exige controle constante dolivremente, mas exige controle constante do““volumevolume”” (pot (potêência).ncia).

•• VariaVariaçõções, construes, construçõções, obstes, obstááculos,culos,movimento podem ser problemasmovimento podem ser problemas

•• PotPotêência ncia éé uma for uma forçça homoga homogêênea bemnea bem

entendidaentendida: f: fáácil de resolver.cil de resolver.



•• Mais simples controlar potMais simples controlar potêência do quencia do queembaralhar e dividis embaralhar e dividis slotsslots de tempo para de tempo paramuitas variedades de dados, em sistemasmuitas variedades de dados, em sistemasTDMA.TDMA.

•• Usando processamento digital de sinais eUsando processamento digital de sinais ecorrecorreçãção de erros controla-se bem ao de erros controla-se bem apotpotêência.ncia.



•• Aparelho CDMA: controle automAparelho CDMA: controle automáático detico deganho e supervisganho e supervisãão constante da relao constante da relaçãçãoosinal/rusinal/ruíído e taxas de erro da estado e taxas de erro da estaçãção deo debase.base.–– Ajustam a potAjustam a potêência a uma taxa de 800 vezesncia a uma taxa de 800 vezes

por segundopor segundo..

–– Mecanismo de potMecanismo de potêência ncia éé mais simples do que mais simples do queembaralhar slots de tempo.embaralhar slots de tempo.



•• Resultados prResultados prááticos do CDMA:ticos do CDMA:–– Maior eficiMaior eficiêência, baterias mais finas e maisncia, baterias mais finas e mais

durdurááveis, com veis, com menor premenor preççoo..

–– CDMA CDMA éé de 3 a 6 vezes mais eficiente que o de 3 a 6 vezes mais eficiente que oTDMA.TDMA.

•• Qualcomm: processamento sinais CDMAQualcomm: processamento sinais CDMAnum num úúnico nico chipchip de aplica de aplicaçãção.o.–– Vence os mVence os múúltiplos rltiplos ráádios de freqdios de freqüêüência fixancia fixa

TDMA.TDMA.


Novo paradigma (1)Novo paradigma (1)

•• O CDMA nO CDMA nãão o éé apenas uma nova forma apenas uma nova formainteligente de enviar bits pelo ar.inteligente de enviar bits pelo ar.–– ÉÉ um novo paradigma da espectr um novo paradigma da espectrôônica quenica que

nortearnortearáá as comunica as comunicaçõções es wirelesswireless..

•• Uso de largura de banda em freqUso de largura de banda em freqüêüênciasnciascada vez mais altas, como forma decada vez mais altas, como forma decompensar as escassas potcompensar as escassas potêência encia ecomutacomutaçãção. (o. (““Largo e fracoLargo e fraco””))



•• Nova tecnologia: oferecer serviNova tecnologia: oferecer serviçço to tãão baratoo baratoe simples quanto as linhas fixas ou as fibrase simples quanto as linhas fixas ou as fibrasóóticas, de forma muito mais conveniente eticas, de forma muito mais conveniente eprontamente utilizprontamente utilizáável para dados.vel para dados.

•• O futuro da tecnologia sem fio O futuro da tecnologia sem fio éé o acesso o acessopleno pleno àà Internet, em qualquer lugar Internet, em qualquer lugar..–– Objetivo dos telefones de 3a geraObjetivo dos telefones de 3a geraçãção (3G) o (3G) éé combinar voz e combinar voz e

dados em alta velocidade.dados em alta velocidade.



•• Usando todo o espectro disponUsando todo o espectro disponíível ovel oCDMA CDMA éé um meio compartilhado como a um meio compartilhado como aethernetethernet, que pode lidar tanto com rajadas, que pode lidar tanto com rajadasde dados de banda larga, como com voz emde dados de banda larga, como com voz embanda estrita e transmissbanda estrita e transmissõões res ráápidas.pidas.

•• JJáá existem celulares HDR - existem celulares HDR - High Data RateHigh Data Rate,,operando a 2.4 Mbpsoperando a 2.4 Mbps–– Melhor que ADSL.Melhor que ADSL.


Comparando CDMA e WDM (1)Comparando CDMA e WDM (1)

““Largo e fracoLargo e fraco”” éé o novo o novo

paradigma do sparadigma do sééculo XXIculo XXI

•• ÉÉ at atéé mesmo o diferencial das novas mesmo o diferencial das novasmultiplexamultiplexaçõções por divises por divisãão de comprimentoo de comprimentode onda WDM (de onda WDM (Wavelength DivisionWavelength Division

MultiplexingMultiplexing) usados em rela) usados em relaçãção o àà fibra fibraóóptica.ptica.



•• A perda ou A perda ou dispersdispersããoo em fibra em fibra óóticaticaaumenta com o quadrado da potaumenta com o quadrado da potêênciancia

usada para transmitir...usada para transmitir......que por sua vez tamb...que por sua vez tambéém tende a aumentar com am tende a aumentar com a

taxa de bits.taxa de bits.

•• Quanto mais bits forem enviados porQuanto mais bits forem enviados porsegundo, num segundo, num úúnico comprimento de onda,nico comprimento de onda,mais potmais potêência ncia éé usada usada, resultando em mais, resultando em maisperda.perda.



•• O WDM tambO WDM tambéém usa muitos fluxos de bitsm usa muitos fluxos de bitsseparados por baixa potseparados por baixa potêência (novamentencia (novamenteShannon)Shannon)

•• Ou seja, Ou seja, muitos fluxos de bits de baixamuitos fluxos de bits de baixa

potpotêênciancia em uma fibra, ter em uma fibra, terãão o maiormaior

desempenho do que um desempenho do que um úúnico fluxo denico fluxo de

bits de alta potbits de alta potêênciancia de mensagens, em de mensagens, emslotsslots de tempo. de tempo.

O Contra-ataqueO Contra-ataque

Os novos celulares GSMOs novos celulares GSM


RelembrandoRelembrando::

Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing - TDM - TDMAA

•• MultiplexaMultiplexaçãção por Diviso por Divisãão no Tempo (TDM) o no Tempo (TDM) ééuma forma de multiplexauma forma de multiplexaçãção na qual o o na qual o tempotempode transmissde transmissãão o éé dividido em segmentos dividido em segmentos, cada, cadaum dos quais um dos quais transporta um elemento de umtransporta um elemento de umsinalsinal..–– Os sinais separados sOs sinais separados sãão lidos pela ordem, emo lidos pela ordem, em

intervalos regulares, quer tenham ou nintervalos regulares, quer tenham ou nãão dados parao dados paraenviar, e as leituras senviar, e as leituras sãão "carregadas" num o "carregadas" num úúniconicocanal.canal.

•• A multiplexaA multiplexaçãção no tempo pode ser classificadao no tempo pode ser classificadaem em ssííncronancrona e e assassííncronancrona..


TDM STDM Sííncrononcrono

•• JJáá vimos que no TDM vimos que no TDM(A)(A) s sííncrono (ouncrono (ousimplesmente TDM), o domsimplesmente TDM), o domíínio do tempo nio do tempo éédividido em intervalos de tamanho fixo Tdividido em intervalos de tamanho fixo Tchamados chamados framesframes..

•• Cada frame Cada frame éé subdividido em N subintervalos subdividido em N subintervalos{t1, ..., tn} denominados {t1, ..., tn} denominados slotsslots ou segmentos, que ou segmentos, queformam uma partiformam uma partiçãção dos o dos frames,frames, os quais, por os quais, porsua vez, formam uma partisua vez, formam uma partiçãção do tempo infinito.o do tempo infinito.


TDM STDM Sííncrono ncrono (cont.)(cont.)

•• Denomina-se Denomina-se canalcanal, o conjunto de todos os, o conjunto de todos ossegmentos, um em cada frame, identificados porsegmentos, um em cada frame, identificados poruma determinada posiuma determinada posiçãção fixa dentro desseso fixa dentro dessesframes.frames.–– Exemplo: o canal 2 Exemplo: o canal 2 éé formado pelo segundo slot de formado pelo segundo slot de

cada frame.cada frame.–– Canais podem ser alocados a estaCanais podem ser alocados a estaçõções que desejemes que desejem

transmitir.transmitir.–– Cada estaCada estaçãção devero deveráá esperar o esperar o slotslot correspondente correspondente

dentro de cada dentro de cada frameframe, quando ent, quando entãão podero poderáá transmitir transmitirdurante o tempo daquele durante o tempo daquele slotslot, , usando a taxa deusando a taxa detransmisstransmissãão mo mááxima suportada pelo meio fxima suportada pelo meio fíísicosico..





•• No TDM sNo TDM sííncrono, quando um canal ncrono, quando um canal éé alocado, alocado,estabelece-se uma conexestabelece-se uma conexãão que permaneceo que permanecededicada dedicada àà esta estaçãção transmissora ato transmissora atéé o momento o momentoem que ela resolva desfazem que ela resolva desfazêê-la-la..–– Essa forma de chaveamento Essa forma de chaveamento éé tipo chaveamento de tipo chaveamento de

circuitos ou circuitos ou circuit switchingcircuit switching..•• Quando uma estaQuando uma estaçãção que alocou um canal no que alocou um canal nãão estivero estiver

transmitindo (ou a taxa de transmisstransmitindo (ou a taxa de transmissãão for menor do que ao for menor do que ataxa assegurada pelo canal), taxa assegurada pelo canal), tem-se um desperdtem-se um desperdíício decio decapacidade do meio fcapacidade do meio fíísicosico, j, jáá que o canal alocado n que o canal alocado nãão podeo podeser utilizado por qualquer outra estaser utilizado por qualquer outra estaçãção ato atéé o momento da o momento dadesconexdesconexãão.o.




STDMSTDM ou TDM Ass ou TDM Assííncrono ncrono (cont.)(cont.)

•• No No TDM AssTDM Assííncrononcrono, , nnãão ho háá aloca alocaçãção de canalo de canal

nem estabelecimento de conexnem estabelecimento de conexãão.o.

•• Parcelas de tempo sParcelas de tempo sãão alocadas o alocadas dinamicamentedinamicamente

de acordo com a demanda das estade acordo com a demanda das estaçõções.es.

•• ÉÉ uma alternativa ao TDM S uma alternativa ao TDM Sííncrono, ncrono, que procuraque procura

eliminar o desperdeliminar o desperdíício de capacidade existentecio de capacidade existente

nesse esquemanesse esquema..–– TambTambéém conhecido por TDM estatm conhecido por TDM estatíístico ou stico ou STDMSTDM ––

Statistical TDMStatistical TDM..


SSTDM AssTDM Assííncrono ncrono (cont.)(cont.)

•• Nenhuma capacidade Nenhuma capacidade éé desperdi desperdiççadaada,,–– Pois o Pois o tempo ntempo nãão utilizado esto utilizado estáá sempre dispon sempre disponíívelvel

caso alguma estacaso alguma estaçãção gere tro gere trááfego e deseje utilizar ofego e deseje utilizar ocanal de transmisscanal de transmissãão.o.

•• Em compensaEm compensaçãção, cada unidade de informao, cada unidade de informaçãçãootransmitida deve sempre conter um cabetransmitida deve sempre conter um cabeççalhoalhocom os enderecom os endereçços de origem e de destino.os de origem e de destino.–– No No TDM sTDM sííncrononcrono, cada canal j, cada canal jáá identifica o identifica o

transmissor.transmissor.•• Em canais ponto a ponto com Em canais ponto a ponto com TDM sTDM sííncrononcrono, esse, esse

cabecabeççalho alho éé totalmente desnecess totalmente desnecessáário jrio jáá que que o receptoro receptortambtambéém m éé identificado pela conex identificado pela conexãão.o.


TDM AssTDM Assííncrono ncrono (cont.)(cont.)


Tecnologias Tecnologias WirelessWireless para redes para redes

•• Tecnologias Tecnologias wirelesswireless para redes: para redes:–– Operando atualmente a 2,4 GHz e atOperando atualmente a 2,4 GHz e atéé a 5 GHz, a 5 GHz,

com baixa potcom baixa potêência.ncia.

–– Existem projeExistem projeçõções experimentais de es experimentais de wirelesswireless

funcionando entre 59 a 64 GHz.funcionando entre 59 a 64 GHz.

–– Redes locais Redes locais wirelesswireless de 155 Mbps (em testes). de 155 Mbps (em testes).

•• Custo atual de um AP de 11 Mbps Custo atual de um AP de 11 Mbps éé de menos de US$ de menos de US$100,00 com alcance de at100,00 com alcance de atéé 22 Km - dependendo da antena 22 Km - dependendo da antenae da situae da situaçãção geogro geográáfica (visada, obstfica (visada, obstááculos, terreno,culos, terreno,etcetc……).).


Tecnologias Tecnologias WirelessWireless para redes para redes

•• WiFi IEEE 802.11b = 11 Mbps (US$ 40,00)WiFi IEEE 802.11b = 11 Mbps (US$ 40,00)•• WiFi IEEE 802.11g = 54 Mbps (US$ 80,00)WiFi IEEE 802.11g = 54 Mbps (US$ 80,00)•• WiMax IEEE 802.16aWiMax IEEE 802.16a

–– PadrPadrãão mais robusto para acesso wireless de altao mais robusto para acesso wireless de altavelocidade para notebooks e laptops. Voltadovelocidade para notebooks e laptops. Voltadoprincipalmente para principalmente para “ú“última milhaltima milha””..

– http://www.cellular.co.za/wimax.htm

–– AtAtéé 2 Gbps 2 Gbps

•• 802.16e = WiMax com mobilidade802.16e = WiMax com mobilidade

PrPróóximos passos para osximos passos para oscelularescelulares


UMTS 3GUMTS 3G

• UMTS - Universal Mobile Telephone Standard

É um outro nome para o W-CDMA na Europa ou CDMA 3G

Evolução esperada para os GSM atuais.

• Próxima geração de celulares globais, para onde deve evoluir o GSMatual, a partir de 2004/2005. A taxa de transferência de dados pode sermaior do que 2 Mbps usando uma combinação de TDMA e W-CDMA

(wideband CDMA), operando em torno de 2 GHz.• http://www.cellular.co.za/umts.htm

• Spectrum for UMTS:

“WRC 2000 identified the frequency bands 1885-2025 MHz and 2110-

2200 MHz for future IMT-2000 systems, with the bands 1980-2010

MHz and 2170-2200 MHz intended for the satellite part of these futuresystems.”


CDMA 3GCDMA 3G

• 3G é a 3a. geração das tecnologias CDMA (Code Division MultipleAccess).

• Os novos celulares 3G deverão usar a nova tecnologia W-CDMAWideband CDMA, para concorrer com os novos celularesGSM/UMTS.

• Também poderão usar uma outra tecnolgia concorrente, chamada deCDMA2000. http://www.cellular.co.za/technologies/cdma/cdma2000.htm

• CDMA2000 possui variantes conhecidas como:– CDMA2000 1X,

– CDMA2000 1X-EV-DV

– CDMA1X EV-DO,

– CDMA2000 3X. T

• Entregam servicos 3G ocupando uma parcela muito pequena do espectro atual

• (1.25 MHz por portadora), diferentemente do UMTS que exigirá uma nova banda noespectro de frequências.

• Consideradas tecnologicamente mais avançadas do que o W-CDMA

• http://www.cellular.co.za/technologies/3g/3g.htm


Mercado atual telefonia mMercado atual telefonia móóvelvelFonte: Fonte: http://www.cellular.co.za/gsm-fones.htm - Agosto 2004

Global Mobile Users: 1.52 billionAnalogue Users 34millionUS Mobile users 140millionGlobal GSM users 1.25 billionGlobal CDMA Users 202mGlobal TDMA users 120mTotal European users 342.43Total African users 53mTotal 3G users 130mTotal South African users 19m#1 Mobile Country China (300m)#1 GSM Country China (282m)#1 in Handsets 1Q04 Nokia(35.5%)#1 Network In Africa Vodacom(11m)#1 Network In Asia Unicom (153m)#1 Network In Japan DoCoMo#1 Network In Europe T-Mobil (28m)#1 In Infrastructure Ericsson

Global Mobile Users:Global Mobile Users: 1.52 billion1.52 billionAnalogue Users Analogue Users 34million34millionUS Mobile users US Mobile users 140million140millionGlobal GSM users Global GSM users 1.25 billion1.25 billionGlobal CDMA Users Global CDMA Users 202m202mGlobal TDMA users Global TDMA users 120m120mTotal European users Total European users 342.43342.43Total African users Total African users 53m53mTotal 3G users Total 3G users 130m130mTotal South African users Total South African users 19m19m#1 Mobile Country #1 Mobile Country China (300m)China (300m)#1 GSM Country #1 GSM Country China (282m)China (282m)#1 in Handsets 1Q04 #1 in Handsets 1Q04 Nokia(35.5%)Nokia(35.5%)#1 Network In Africa #1 Network In Africa Vodacom(11m)Vodacom(11m)#1 Network In Asia #1 Network In Asia Unicom Unicom (153m)(153m)#1 Network In Japan #1 Network In Japan DoCoMoDoCoMo#1 Network In Europe #1 Network In Europe T-Mobil (28m)T-Mobil (28m)#1 In Infrastructure #1 In Infrastructure EricssonEricsson


FinalizandoFinalizando

•• As leis de Shannon sugerem que oAs leis de Shannon sugerem que oavanavançço em direo em direçãção ao largo e fracoo ao largo e fracoimpulsionarimpulsionaráá grandes aumentos de grandes aumentos de

eficieficiêência e reduncia e reduçãção de custo deo de custo de

comunicacomunicaçõçõeses, tornando o , tornando o acesso acesso àà

rede e rede e àà tecnologia cada vez mais tecnologia cada vez mais

posspossííveis, e de uso pessoalveis, e de uso pessoal..

Adriano Mauro CansianAdriano Mauro Cansian

[email protected]@acmesecurity.org

____________________________________________________________ACME! Computer Security ResearchACME! Computer Security Research

www.www.acmesecurity.orgacmesecurity.orgunesp - Universidade Estadual Paulista

Campus de São José do Rio Preto

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Conceitos sobre Comunicação Sem Fioangel.acmesecurity.org/~adriano/redes/net-adr-2004-wireless.pdf · ii Conceitos sobre Comunicação Sem Fio Prefácio 2004 Este material didático