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Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
Faculdade de Engenharia
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Prof. Marcelo Gonçalves Rubinstein
Redes de Computadores sem Fio
Programa
� Introdução a Redes de Computadores sem Fio
� IEEE 802.11
� Bluetooth
� Avaliação de Desempenho
� Redes de Sensores
� IEEE 802.16
Rede IEEE 802.11
� Criação de vários tipos de redes sem fio
� Desejo de ligar computadores portáteis sem utilizar fios
� Mobilidade
� Incompatibilidade entre essas redes → IEEE
criou o padrão 802.11
� Tecnologia de rede de maior êxito comercial
depois da Ethernet
� Conhecida como Wi-Fi (Wireless Fidelity)
Arquitetura do IEEE 802.11
� Componentes que interagem para prover uma
rede local transparente para as camadas
superiores
� Conjunto básico de serviços (BSS – Basic
Service Set)
� Bloco fundamental de construção da arquitetura
� Grupo de estações sob uma mesma função decoordenação
� Função determina quando uma estação pode transmitir e
receber dados
Arquitetura do IEEE 802.11
� Dois modos (cont.)
� Infraestruturado
� Comunicação passa por um ponto de acesso
� Vários pontos de acesso podem ser interligados através
de um backbone
� Sistema de distribuição
� Conjunto das estações e do sistema de distribuição
formam um ESS (Extended Service Set)
� Parece ser uma única rede para as camadas
superiores
Rede IEEE 802.11 - escaneamento
� Para encontrar as redes na vizinhança
� Utiliza alguns parâmetros
� Tipo de BSS: independente, infraestruturado ou ambos
� BSSID (endereço MAC do AP): individual (busca poruma rede específica) ou difusão (busca por qualquerrede)
� SSID: individual ou difusão
� Tipo de procura: ativa ou passiva
� Ativa: transmite probe requests
� Passiva: muda para cada canal na lista e espera por
quadros de sinalização (beacon)
Rede IEEE 802.11 - escaneamento
� Utiliza alguns parâmetros (cont.)
� Lista de canais
� Pode ser uma lista de canais (DSSS) ou um padrão de
saltos (FHSS)
� Outros
Rede IEEE 802.11 - autenticação
� Autenticação de “baixo nível”
� Estação apresenta sua identidade (endereço
MAC) antes de enviar quadros
� Rede infraestruturada
� Autenticação da estação e não do ponto de acesso
� Dois tipos
� De sistema de aberto (open system authentication)
� Simples troca de quadros com as identidades
� De chave compartilhada (shared key authentication)
� Usa o WEP (Wired Equivalent Privacy)
� Desafio (texto em claro) é enviado ao cliente e a resposta
(texto cifrado) prova que o cliente possui a chave
Rede IEEE 802.11 - autenticação
� Também pode ser usada lista de acesso
� Filtragem de endereços MAC
Rede IEEE 802.11 - associação
� Só para redes infraestruturadas
� Permite que o sistema de distribuição localize
cada estação
� APs podem repassar as informações da
associação para outros APs dentro do mesmo
ESS
Rede IEEE 802.11b - canais e associação
� Espectro de 2,4 a 2,485 GHz é dividido em 11
canais
� Canais com partes superpostas com canais vizinhos
� Administrador escolhe um canal para o AP
Rede IEEE 802.11b - canais e associação
� Hospedeiro se associa a um AP
� Varre os 11 canais em busca de quadros desinalização (beacon)
� Beacon inclui o SSID (Service Set IDentifier) e o MAC do
AP
� Escolhe um AP para se associar
� Se autentica e faz a associação
� Geralmente usa DHCP para obter um endereço dasub-rede do AP
Rede IEEE 802.11
� Dois mecanismos de acesso ao meio
� DCF (Distributed Coordination Function)
� Distribuído
� PCF (Point Coordination Function)
� Centralizado
� DCF
� Modo básico
� Usa CSMA/CA
� Modo com RTS/CTS
� CSMA/CA com RTS/CTS
Esquema básico de acesso ao DCF
� Intervalos entre quadros
� DIFS (Distributed InterFrame Space)
� Dados
� SIFS (Short InterFrame Space)
� ACK
Esquema básico de acesso ao DCF
� Estação que quer transmitir um quadro ouve o
meio
� Meio livre por DIFS
� Estação transmite o quadro
� Meio ocupado
� Estação espera o meio ficar livre por DIFS e entra na
fase de backoff
� Resposta
� Backoff
� Evita a captura do meio
Esquema básico de acesso ao DCF
� Backoff
� Escolhe-se um número aleatório de slots entre 0 e CWassociado a um temporizador de backoff
� Meio livre por mais de DIFS → decrementa-se o
temporizador a cada tempo de slot
� Tempo de slot correspondente ao atraso máximo de
propagação dentro de um BSS e a outros atrasos
� Temporizador para quando há alguma transmissão
� Quando o temporizador chega a zero → transmite o
quadro
Esquema básico de acesso ao DCF
� CW (Contention Window)
� Aumenta quando uma colisão é inferida
� ACK não é recebido em um determinado tempo
� Próxima potência de 2 menos 1
� Até CWmax
� CWmin e CWmax dependem da camada física
� Quadro é descartado após um número máximo
de tentativas de transmissão
Rede IEEE 802.11
� CSMA/CA com RTS e CTS
� Baseado no MACAW
� Evita o problema do terminal escondido
� Detecção virtual de portadora
� Vetor de alocação de rede (NAV)
� Armazena informações relativas à ocupação do meio
� Quadros RTS e CTS enviados em uma das taxasbásicas da rede
� Para que estações que ouvem RTS e CTS possam
entender as informações de duração da comunicação
Rede IEEE 802.11
� CSMA/CA com RTS e CTS
� Podem existir ainda colisões de RTS
� Diferenças entre alcances de transmissão e interferência
� Alcance de interferência é duas vezes maior do que
o alcance de transmissão para redes WaveLAN
� Colisões podem ocorrer em um nó intermediário
� Eficiência diminuída devido à sobrecarga
� Uso de RTS/CTS a partir de um tamanho mínimo de
quadro
Mecanismo PCF
� Opcional
� Usado para tráfegos de tempo real
� Coordenador de ponto (no ponto de acesso)
consulta cada estação
� Transmissão sem contenção
� Tempo de acesso dividido em períodos de
superquadros
� Período livre de contenção (Contention Free Period -CFP)
� Período de contenção (Contention Period - CP)
� Usa o DCF
Mecanismo PCF - CFP
� Coordenador de ponto faz consultas (polling)
� Cada estação só pode transmitir quando receber
uma consulta
� Geralmente as estações recebem dados quando
são consultadas
� No fim do CFP começa um CP
Mecanismo PCF
� Coordenador inicia e controla o CFP
� Coordenador escuta o meio livre por PIFS
� Point Coordination InterFrame Space
� SIFS < PIFS < DIFS
� Início de um CFP
� Difusão de um sinal de beacon
� CFPmaxduration adicionada aos respectivos NAVs
Mecanismo PCF
� CFP pode terminar através do envio de um
CFend pelo coordenador
� Por exemplo quando a rede está com pouca carga
� Início de um CFP pode ser adiado
� Transmissão no modo DCF
� Duração do CFP muda
Mecanismo PCF
� Chega a vez de uma estação transmitir
� Coordenador envia um quadro de dados (se existir)dentro de um quadro de consulta (piggyback)
� Resposta
� ACK após SIFS (com dados se for o caso)
Mecanismo PCF
� Após transmitir a todas as estações de uma lista
de consultas, coordenador pode enviar quadros
a qualquer estação
� Se ainda houver tempo
� Estações pedem para entrar na lista de
consultas através de quadros de pedidos de
associação com o ponto de acesso
� Pedidos incluem um campo que indica se a estação écapaz de responder a enquetes durante o CFP
Mecanismo PCF
� Problemas
� Geração de atraso indesejado
� Diminuição do CFP quando uma estação continua
transmitindo após o tempo previsto para o superquadro
� Limitação da duração máxima do CFP que pode
provocar o adiamento de uma transmissão para o
próximo CFP
� Sobrecarga devido ao polling
Fragmentação
� Diminui a probabilidade de erros
� Suporte para a fragmentação de quadros em
transmissões ponto-a-ponto e remontagem do
quadro
� Receptores devem ter suporte a fragmentação
� Fragmentação é opcional nos transmissores
� Fragmentationthreshold
Fragmentação
� Fragmentos enviados em rajada
� Se não houver interrupção devido a limitação deocupação do meio na camada física
� Fragmento enviado SIFS após o ACK do fragmentoanterior
� Duração nos quadros RTS e CTS (caso utilizados)
� Indica o tempo necessário para a recepção do ACK do
próximo fragmento
� Duração nos quadros de dados e ACK
� Indica a duração total do próximo fragmento e do ACK
� Fragmentos enviados como quadros individuais
no CFP