O que é Wi-Fi (IEEE 802.11)?

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O que é Wi-Fi (IEEE 802.11)?

Uma das matérias em destaque do Prof. Wagner este mês, é sobre redes sem fio, onde os alunos estão aprendendo como a implantar e configurar um ambiente sem fio de modo corporativo e um dos assuntos talvez pouco comentado é sobre os padrões de comunicação de redes sem fio então aqui vai um dos tópicos da matéria.

Introdução

Até alguns anos atrás, somente era possível interconectar computadores por meio de cabos. Este tipo de conexão é bastante popular, mas conta com algumas limitações, por exemplo: só se pode movimentar o computador até o limite de alcance do cabo; ambientes com muitos computadores podem exigir adaptações na estrutura do prédio para a passagem dos fios; em uma casa, pode ser necessário fazer furos na parede para que os cabos alcancem outros cômodos; a manipulação constante ou incorreta pode fazer com que o conector do cabo se danifique. Felizmente, as redes sem fio (wirelessWi-Fi surgiram para eliminar estas limitações.

O uso deste tipo de rede está se tornando cada vez mais comum, não só nos ambientes domésticos e corporativos, mas também em locais públicos (bares, lanchonetes, shoppings, livrarias, aeroportos, etc) e em instituições acadêmicas. Por esta razão, o InfoWester mostra nas próximas linhas as principais características da tecnologia Wi-Fi, explica um pouco do seu funcionamento e dá algumas dicas importantes de segurança.

Como não poderia deixar de ser, você também conhecerá as diferenças entre padrões Wi-Fi como 802.11b, 802.11g, 802.11n e 802.11ac.

802.11 (“original”)

A primeira versão do padrão 802.11 foi lançada em 1997, após 7 anos de estudos, aproximadamente. Com o surgimento de novas versões (que serão abordadas mais adiante), a versão original passou a ser conhecida como 802.11-1997 ou, ainda, como 802.11 legacy (neste texto, será chamada de “802.11 original”). Por se tratar de uma tecnologia de transmissão por radiofrequência, o IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) determinou que o padrão operasse no intervalo de frequências entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz, uma das já mencionadas faixas ISM. Sua taxa de transmissão de dados é de 1 Mb/s ou 2 Mb/s (megabits por segundo) e é possível usar as técnicas de transmissão Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

Estas técnicas possibilitam transmissões utilizando vários canais dentro de uma frequência, no entanto, a DSSS cria vários segmentos da informações transmitidas e as envia simultaneamente aos canais. A técnica FHSS, por sua vez, utiliza um esquema de “salto de frequência”, onde a informação transmitida utiliza determinada frequência em certo período e, no outro, utiliza outra frequência. Esta característica faz com que o FHSS tenha velocidade de transmissão de dados um pouco menor, por outro lado, torna a transmissão menos suscetível à interferências, uma vez que a frequência utilizada muda constantemente. O DSSS acaba sendo mais rápido, mas tem maiores chances de sofrer interferência, uma vez que faz uso de todos os canais ao mesmo tempo.

802.11b

Em 1999, foi lançada uma atualização do padrão 802.11 que recebeu o nome 802.11b. A principal característica desta versão é a possibilidade de estabelecer conexões nas seguintes velocidades de transmissão: 1 Mb/s, 2 Mb/s, 5,5 Mb/s e 11 Mb/s. O intervalo de frequências é o mesmo utilizado pelo 802.11 original (entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz), mas a técnica de transmissão se limita ao DSSS, uma vez que o FHSS acaba não atendendo às normas estabelecidas pela Federal Communications Commission (FCC) quando operada em transmissões com taxas superiores a 2 Mb/s. Para trabalhar de maneira efetiva com as velocidades de 5.5 Mb/s e 11 Mb/s, o 802.11b também utiliza uma técnica chamada Complementary Code Keying (CCK).

A área de cobertura de uma transmissão 802.11b pode chegar, teoricamente, a 400 metros em ambientes abertos e pode atingir uma faixa de 50 metros em lugares fechados (tais como escritórios e residências). É importante frisar, no entanto, que o alcance da transmissão pode sofrer influência de uma série de fatores, tais como objetos que causam interferência ou impedem a propagação da transmissão a partir do ponto em que estão localizados.

É interessante notar que, para manter a transmissão o mais funcional possível, o padrão 802.11b (e os padrões sucessores) pode fazer com que a taxa de transmissão de dados diminua até chegar ao seu limite mínimo (1 Mb/s) à medida que uma estação fica mais longe do ponto de acesso. O contrário também acontece: quanto mais perto do ponto de acesso, maior pode ser a velocidade de transmissão.

O padrão 802.11b foi o primeiro a ser adotado em larga escala, sendo, portanto, um dos responsáveis pela popularização das redes Wi-Fi.

802.11a

O padrão 802.11a foi disponibilizado no final do ano de 1999, quase na mesma época que a versão 802.11b. Sua principal característica é a possibilidade de operar com taxas de transmissão de dados no seguintes valores: 6 Mb/s, 9 Mb/s, 12 Mb/s, 18 Mb/s, 24 Mb/s, 36 Mb/s, 48 Mb/s e 54 Mb/s. O alcance geográfico de sua transmissão é de cerca de 50 metros. No entanto, a sua frequência de operação é diferente do padrão 802.11 original: 5 GHz, com canais de 20 MHz dentro desta faixa.

Por um lado, o uso desta frequência é conveniente por apresentar menos possibilidades de interferência, afinal, este valor é pouco usado. Por outro, pode trazer determinados problemas, já que muitos países não possuem regulamento para essa frequência. Além disso, esta característica pode fazer com que haja dificuldades de comunicação com dispositivos que operam nos padrões 802.11 original e 802.11b.

Um detalhe importante é que em vez de utilizar DSSS ou FHSS, o padrão 802.11a faz uso de uma técnica conhecida como Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Nela, a informação a ser trafegada é dividida em vários pequenos conjuntos de dados que são transmitidos simultaneamente em diferentes frequências. Estas são utlizadas de forma a impedir que uma interfira na outra, fazendo com que a técnica OFDM funcione de maneira bastante satisfatória.

Apesar de oferecer taxas de transmissão maiores, o padrão 802.11a não chegou a ser tão popular quanto o padrão 802.11b.

802.11g

O padrão 802.11g foi disponibilizado em 2003 e é tido como o “sucessor natural” da versão 802.11b, uma vez que é totalmente compatível com este. Isso significa que um dispositivo que opera com 802.11g pode “conversar” com outro que trabalha com 802.11b sem qualquer problema, exceto o fato de que a taxa de transmissão de dados é, obviamente, limitava ao máximo suportado por este último.

O principal atrativo do padrão 802.11g é poder trabalhar com taxas de transmissão de até 54 Mb/s, assim como acontece com o padrão 802.11a. No entanto, ao contrário desta versão, o 802.11g opera com frequências na faixa de 2,4 GHz (canais de 20 MHz) e possui praticamente o mesmo poder de cobertura do seu antecessor, o padrão 802.11b. A técnica de transmissão utilizada nesta versão também é o OFDM, todavia, quando é feita comunicação com um dispositivo 802.11b, a técnica de transmissão passa a ser o DSSS.

 

802.11n

O desenvolvimento da especificação 802.11n se iniciou em 2004 e foi finalizado em setembro de 2009. Durante este período, foram lançados vários dispositivos compatíveis com a versão não terminada do padrão. E, sim, estamos falando do sucessor do 802.11g, tal como este foi do 802.11b.

O 802.11n tem como principal característica o uso de um esquema chamado Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), capaz de aumentar consideravelmente as taxas de transferência de dados por meio da combinação de várias vias de transmissão (antenas). Com isso, é possível, por exemplo, usar dois, três ou quatro emissores e receptores para o funcionamento da rede.

Uma das configurações mais comuns neste caso é o uso de APs que utilizam três antenas (três vias de transmissão) e STAs com a mesma quantidade de receptores. Somando esta característica de combinação com o aprimoramento de suas especificações, o padrão 802.11n é capaz de fazer transmissões na faixa de 300 Mb/s e, teoricamente, pode atingir taxas de até 600 Mb/s. No modo de transmissão mais simples, com uma via de transmissão, o 802.11n pode chegar à casa dos 150 Mb/s.

Em relação à sua frequência, o padrão 802.11n pode trabalhar com as faixas de 2,4 GHz e 5 GHz, o que o torna compatível com os padrões anteriores, inclusive com o 802.11a (pelo menos, teoricamente). Cada canal dentro dessas faixas possui, por padrão, largura de 40 MHz.

Sua técnica de transmissão padrão é o OFDM, mas com determinadas alterações, devido ao uso do esquema MIMO, sendo, por isso, muitas vezes chamado de MIMO-OFDM. Alguns estudos apontam que sua área de cobertura pode passar de 400 metros.

802.11ac

O “sucessor” do 802.11n é o padrão 802.11ac, cujas especificações foram desenvolvidas quase que totalmente entre os anos de 2011 e 2013, com a aprovação final de suas características pelo IEEE devendo acontecer somente em 2014 ou mesmo 2015.

A principal vantagem do 802.11ac está em sua velocidade, estimada em até 433 Mb/s no modo mais simples. Mas, teoricamente, é possível fazer a rede superar a casa dos 6 Gb/s (gigabits por segundo) em um modo mais avançado que utiliza múltiplas vias de transmissão (antenas) – no máximo, oito. A tendência é que a indústria priorize equipamentos com uso de até três antenas, fazendo a velocidade máxima ser de aproximadamente 1,3 Gb/s.

Também chamada de 5G WiFi – há até um site criado para promover esta especificação: www.5gwifi.org -, o 802.11ac trabalha na frequência de 5 GHz, sendo que, dentro desta faixa, cada canal pode ter, por padrão, largura de 80 MHz (160 MHz como opcional).

O 802.11ac possui também técnicas mais avançadas de modulação – mais precisamente, trabalha com o esquema MU-MUMO (Multi-User MIMO), que permite transmissão e recepção de sinal de vários terminais, como se estes trabalhassem de maneira colaborativa, na mesma frequência.

Se destaca também o uso de um método de transmissão chamado Beamforming(também conhecido como TxBF), que no padrão 802.11n é opcional: trata-se de uma tecnologia que permite ao aparelho transmissor (como um roteador) “avaliar” a comunicação com um dispositivo cliente para otimizar a transmissão em sua direção.

Outros padrões 802.11

O padrão IEEE 802.11 teve (e terá) outras versões além das mencionadas anteriormente, que não se tornaram populares por diversos motivos. Um deles é o padrão 802.11d, que é aplicado apenas em alguns países onde, por algum motivo, não é possível utilizar alguns dos outros padrões estabelecidos. Outro exemplo é o padrão 802.11e, cujo foco principal é o QoS (Quality of Service) das transmissões, isto é, a qualidade do serviço. Isso torna esse padrão interessante para aplicações que são severamente prejudicadas por ruídos (interferências), tais como as comunicações por VoIP.

Há também o padrão 802.11f, que trabalha com um esquema conhecido como handoff que, em poucas palavras, faz com que determinado dispositivo se desconecte de um AP (lembrando, um Access Point – ponto de acesso) de sinal fraco e se conecte em outro, de sinal mais forte, dentro da mesma rede. O problema é que alguns fatores podem fazer com que esse procedimento não ocorra da maneira devida, causando transtornos ao usuário. As especificações 802.11f (também conhecido como Inter-Access Point Protocol) fazem com que haja melhor interoperabilidade entre os APs para diminuir estes problemas.

Também merece destaque o padrão 802.11h. Na verdade, este nada mais é do que uma versão do 802.11a que conta com recursos de alteração de frequência e controle do sinal. Isso porque a frequência de 5 GHz (usada pelo 802.11a) é aplicada em diversos sistemas na Europa. Há ainda o 802.11i, que será explicado no tópico a seguir (você verá o porquê).

Há vários outras especificações, mas a não ser por motivos específicos, é conveniente trabalhar com as versões mais populares, preferencialmente com a mais recente.


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