Rede sem fio - Wireless network
Uma rede sem fio é uma rede de computadores que usa conexões de dados sem fio entre os nós da rede .
A rede sem fio é um método pelo qual residências, redes de telecomunicações e instalações comerciais evitam o custoso processo de introdução de cabos em um edifício ou como uma conexão entre vários locais de equipamentos. As redes de telecomunicações de administração são geralmente implementadas e administradas usando comunicação de rádio . Essa implementação ocorre no nível físico (camada) da estrutura de rede do modelo OSI.
Exemplos de redes sem fio incluem redes de telefone celular , redes locais sem fio (WLANs), redes de sensores sem fio , redes de comunicação por satélite e redes terrestres de microondas .
História
Redes sem fio
A primeira rede sem fio profissional foi desenvolvida sob a marca ALOHAnet em 1969 na Universidade do Havaí e tornou-se operacional em junho de 1971. A primeira rede sem fio comercial foi a família de produtos WaveLAN , desenvolvida pela NCR em 1986.
- 1973 - Ethernet 802.3
- 1991 - rede de telefonia celular 2G
- Junho de 1997 - primeiro lançamento do protocolo 802.11 " Wi-Fi "
- 1999 - 803.11 Integração VoIP
Tecnologia subjacente
Os avanços na tecnologia sem fio MOSFET (transistor MOS) possibilitaram o desenvolvimento de redes sem fio digitais . A ampla adoção de RF CMOS ( frequência de rádio CMOS ), potência MOSFET e LDMOS (lateral difundido MOS) dispositivos levaram ao desenvolvimento e proliferação das redes sem fio digitais na década de 1990, com mais avanços na tecnologia MOSFET principais para o aumento da largura de banda na década de 2000 ( Lei de Edholm ). A maioria dos elementos essenciais das redes sem fio são construídos a partir de MOSFETs, incluindo os transceptores móveis , módulos de estação base , roteadores , amplificadores de potência de RF , circuitos de telecomunicações , circuitos de RF e transceptores de rádio , em redes como 2G , 3G e 4G .
Links sem fio
- Micro - ondas terrestres - a comunicação por micro-ondas terrestres usa transmissores e receptores baseados na Terra que se assemelham a antenas parabólicas. As microondas terrestres estão na faixa de baixo gigahertz, o que limita todas as comunicações à linha de visão. As estações retransmissoras estão espaçadas aproximadamente 48 km (30 mi) uma da outra.
- Satélites de comunicações - satélites comunicar através de ondas de rádio de microondas, que não são desviados pela Terra atmosfera . Os satélites estão estacionados no espaço, normalmente em órbita geossíncrona 35.400 km (22.000 milhas) acima do equador. Esses sistemas em órbita terrestre são capazes de receber e retransmitir voz, dados e sinais de TV.
- Os sistemas celulares e PCS usam várias tecnologias de comunicação de rádio. Os sistemas dividem a região coberta em várias áreas geográficas. Cada área tem um transmissor de baixa potência ou um dispositivo de antena de retransmissão de rádio para retransmitir chamadas de uma área para a próxima.
- Tecnologias de rádio e espectro de propagação - as redes locais sem fio usam uma tecnologia de rádio de alta frequência semelhante ao celular digital e uma tecnologia de rádio de baixa frequência. As LANs sem fio usam tecnologia de espalhamento espectral para permitir a comunicação entre vários dispositivos em uma área limitada. O IEEE 802.11 define um tipo comum de tecnologia de ondas de rádio sem fio de padrões abertos conhecido como Wi-Fi .
- A comunicação óptica em espaço livre usa luz visível ou invisível para as comunicações. Na maioria dos casos, a propagação em linha de visão é usada, o que limita o posicionamento físico dos dispositivos de comunicação.
Tipos de redes sem fio
PAN sem fio
Redes de área pessoal sem fio (WPANs) conectam dispositivos em uma área relativamente pequena, que geralmente está ao alcance de uma pessoa. Por exemplo, o rádio Bluetooth e a luz infravermelha invisível fornecem uma WPAN para interconectar um fone de ouvido a um laptop. ZigBee também oferece suporte a aplicativos WPAN. PANs de Wi-Fi estão se tornando comuns (2010) à medida que os designers de equipamentos começam a integrar o Wi-Fi em uma variedade de dispositivos eletrônicos de consumo. Os recursos "My WiFi" da Intel e " Wi-Fi virtual " do Windows 7 tornaram os PANs Wi-Fi mais simples e fáceis de instalar e configurar.
Rede sem fio
Uma rede local sem fio (WLAN) conecta dois ou mais dispositivos a uma curta distância usando um método de distribuição sem fio, geralmente fornecendo uma conexão por meio de um ponto de acesso para acesso à Internet. O uso de tecnologias de espalhamento espectral ou OFDM pode permitir que os usuários se movimentem dentro de uma área de cobertura local e ainda permaneçam conectados à rede.
Os produtos que usam os padrões IEEE 802.11 WLAN são comercializados com a marca Wi-Fi . A tecnologia sem fio fixa implementa links ponto a ponto entre computadores ou redes em dois locais distantes, geralmente usando micro - ondas dedicado ou feixes de luz laser modulados ao longo da linha de visão . Geralmente é usado em cidades para conectar redes em dois ou mais prédios sem instalar um link com fio. Para se conectar ao Wi-Fi usando um dispositivo móvel, pode-se usar um dispositivo como um roteador sem fio ou o recurso de ponto de acesso privado de outro dispositivo móvel.
Rede ad hoc sem fio
Uma rede ad hoc sem fio, também conhecida como rede de malha sem fio ou rede ad hoc móvel (MANET), é uma rede sem fio composta de nós de rádio organizados em uma topologia de malha. Cada nó encaminha mensagens em nome dos outros nós e cada nó executa o roteamento. As redes ad hoc podem "autocurar-se", reencaminhando automaticamente em torno de um nó que perdeu energia. Vários protocolos da camada de rede são necessários para perceber redes móveis ad hoc, tais como roteamento Distância Sequenced Distance Vector, Associativity-Based Routing , Ad hoc sob demanda Distance Vector roteamento , e fonte de roteamento dinâmico .
MAN sem fio
As redes de área metropolitana sem fio são um tipo de rede sem fio que conecta várias LANs sem fio.
- WiMAX é um tipo de Wireless MAN e é descrito pelo padrão IEEE 802.16 .
WAN sem fio
As redes de longa distância sem fio são redes sem fio que geralmente cobrem grandes áreas, como entre cidades vizinhas e cidades ou subúrbios. Essas redes podem ser usadas para conectar filiais de negócios ou como um sistema público de acesso à Internet. As conexões sem fio entre os pontos de acesso geralmente são links de micro-ondas ponto a ponto usando antenas parabólicas na banda de 2,4 GHz e 5,8 GHz, em vez de antenas omnidirecionais usadas com redes menores. Um sistema típico contém gateways de estação base, pontos de acesso e relés de ponte sem fio. Outras configurações são sistemas de malha em que cada ponto de acesso também atua como um relé. Quando combinados com sistemas de energia renovável, como painéis solares fotovoltaicos ou sistemas eólicos, eles podem ser sistemas autônomos.
Rede celular
Uma rede celular ou rede móvel é uma rede de rádio distribuída por áreas terrestres chamadas células, cada uma servida por pelo menos um transceptor de localização fixa , conhecido como local de célula ou estação base . Em uma rede celular, cada célula usa caracteristicamente um conjunto diferente de frequências de rádio de todas as células vizinhas imediatas para evitar qualquer interferência.
Quando unidas, essas células fornecem cobertura de rádio em uma ampla área geográfica. Isso permite que um grande número de transceptores portáteis (por exemplo, telefones celulares, pagers , etc.) se comuniquem entre si e com transceptores e telefones fixos em qualquer lugar da rede, por meio de estações base, mesmo se alguns dos transceptores estiverem passando por mais de uma célula durante a transmissão.
Embora originalmente destinadas a telefones celulares, com o desenvolvimento de smartphones , as redes de telefones celulares normalmente carregam dados além das conversas telefônicas:
- Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM): A rede GSM é dividida em três sistemas principais: o sistema de comutação, o sistema de estação base e o sistema de operação e suporte. O telefone celular se conecta à estação base do sistema, que então se conecta à operação e à estação de suporte; ele então se conecta à estação de comutação onde a chamada é transferida para onde ela precisa ir. GSM é o padrão mais comum e é usado para a maioria dos telefones celulares.
- Personal Communications Service (PCS): PCS é uma banda de rádio que pode ser usada por telefones celulares na América do Norte e no Sul da Ásia. Sprint passou a ser o primeiro serviço a configurar um PCS.
- D-AMPS : Digital Advanced Mobile Phone Service, uma versão atualizada do AMPS, está sendo eliminado devido ao avanço da tecnologia. As novas redes GSM estão substituindo o sistema antigo.
Rede de área global
Uma rede de área global (GAN) é uma rede usada para oferecer suporte móvel em um número arbitrário de LANs sem fio, áreas de cobertura de satélite, etc. O principal desafio nas comunicações móveis é transferir as comunicações do usuário de uma área de cobertura local para a próxima. No Projeto 802 do IEEE, isso envolve uma sucessão de LANs sem fio terrestres .
Rede espacial
Redes espaciais são redes usadas para comunicação entre espaçonaves, geralmente nas proximidades da Terra. O exemplo disso é a Rede Espacial da NASA .
Usos
Alguns exemplos de uso incluem telefones celulares que fazem parte das redes sem fio diárias, permitindo comunicações pessoais fáceis. Outro exemplo, os sistemas de rede Intercontinental, usam satélites de rádio para se comunicar em todo o mundo. Os serviços de emergência , como a polícia, também utilizam redes sem fio para se comunicarem com eficácia. Pessoas físicas e jurídicas usam redes sem fio para enviar e compartilhar dados rapidamente, seja em um pequeno prédio de escritórios ou em qualquer lugar do mundo.
Propriedades
Em geral
Em um sentido geral, as redes sem fio oferecem uma ampla variedade de usos tanto para usuários corporativos quanto residenciais.
"Agora, a indústria aceita um punhado de tecnologias sem fio diferentes. Cada tecnologia sem fio é definida por um padrão que descreve funções exclusivas nas camadas Física e de Enlace de Dados do modelo OSI . Esses padrões diferem em seus métodos de sinalização especificados e faixas geográficas e usos de frequência, entre outras coisas. Essas diferenças podem tornar certas tecnologias mais adequadas para redes domésticas e outras mais adequadas para redes de organizações maiores. "
atuação
Cada padrão varia em alcance geográfico, tornando um padrão mais ideal do que o outro, dependendo do que se está tentando realizar com uma rede sem fio. O desempenho das redes sem fio satisfaz uma variedade de aplicações, como voz e vídeo. O uso dessa tecnologia também abre espaço para expansões, como das tecnologias 2G para 3G e, 4G e 5G , que representam a quarta e quinta geração dos padrões de comunicações móveis para telefones celulares. À medida que a rede sem fio se tornou comum, a sofisticação aumenta por meio da configuração de hardware e software de rede, e é alcançada maior capacidade de enviar e receber grandes quantidades de dados com mais rapidez. Agora, a rede sem fio está funcionando em LTE, que é um padrão de comunicação móvel 4G. Os usuários de uma rede LTE devem ter velocidades de dados 10x mais rápidas do que uma rede 3G.
Espaço
O espaço é outra característica das redes sem fio. As redes sem fio oferecem muitas vantagens quando se trata de áreas de difícil conexão que tentam se comunicar, como do outro lado de uma rua ou rio, um depósito do outro lado das instalações ou edifícios que estão fisicamente separados, mas operam como um só. As redes sem fio permitem que os usuários designem um determinado espaço no qual a rede será capaz de se comunicar com outros dispositivos por meio dessa rede.
O espaço também é criado nas residências como resultado da eliminação de fios desordenados. Essa tecnologia permite uma alternativa para a instalação de meios físicos de rede, como TPs , cabos coaxiais ou fibra óptica , que também podem ser caros.
Casa
Para os proprietários de residências, a tecnologia sem fio é uma opção eficaz em comparação com a Ethernet para compartilhar impressoras, scanners e conexões de Internet de alta velocidade. As WLANs ajudam a economizar o custo de instalação de meios de cabo, economizam tempo de instalação física e também criam mobilidade para dispositivos conectados à rede. As redes sem fio são simples e exigem apenas um único ponto de acesso sem fio conectado diretamente à Internet por meio de um roteador .
Elementos de rede sem fio
A rede de telecomunicações na camada física também consiste em muitos elementos de rede fixa interconectados (NEs). Esses NEs podem ser sistemas autônomos ou produtos fornecidos por um único fabricante ou montados pelo provedor de serviços (usuário) ou integrador de sistema com peças de vários fabricantes diferentes.
Os NEs sem fio são os produtos e dispositivos usados por uma operadora sem fio para fornecer suporte para a rede de backhaul e também para um centro de comutação móvel (MSC).
O serviço sem fio confiável depende dos elementos de rede na camada física a serem protegidos contra todos os ambientes operacionais e aplicativos (consulte GR-3171, Requisitos genéricos para elementos de rede usados em redes sem fio - Critérios da camada física ).
O que é especialmente importante são os NEs que estão localizados na torre de celular para o gabinete da estação base (BS). O hardware de fixação e o posicionamento da antena e fechos e cabos associados devem ter força, robustez, resistência à corrosão e resistência ao vento, tempestades, gelo e outras condições climáticas adequadas. Os requisitos para componentes individuais, como hardware, cabos, conectores e fechos, devem levar em consideração a estrutura à qual estão fixados.
Dificuldades
Interferência
Em comparação com os sistemas com fio, as redes sem fio estão frequentemente sujeitas a interferências eletromagnéticas . Isso pode ser causado por outras redes ou outros tipos de equipamentos que geram ondas de rádio que estão dentro ou perto das bandas de rádio usadas para comunicação. A interferência pode degradar o sinal ou fazer com que o sistema falhe.
Absorção e reflexão
Alguns materiais provocam a absorção de ondas eletromagnéticas, impedindo que cheguem ao receptor, em outros casos, principalmente ocorre reflexão de materiais metálicos ou condutores. Isso pode causar zonas mortas onde não há recepção disponível. O isolamento térmico de alumínio laminado em casas modernas pode facilmente reduzir os sinais móveis internos em 10 dB, frequentemente levando a reclamações sobre a má recepção de sinais celulares rurais de longa distância.
Desvanecimento multipercurso
Em multipath fading, duas ou mais rotas diferentes tomadas pelo sinal, devido a reflexos, podem fazer com que o sinal se cancele em certos locais e seja mais forte em outros locais ( upfade ).
Problema de nó oculto
O problema do nó oculto ocorre em alguns tipos de rede quando um nó é visível de um ponto de acesso sem fio (AP), mas não de outros nós que se comunicam com esse AP. Isso leva a dificuldades no controle de acesso à mídia (colisões).
Problema de nó terminal exposto
O problema do terminal exposto é quando um nó em uma rede não consegue enviar devido à interferência do co-canal de um nó que está em uma rede diferente.
O espectro sem fio é um recurso limitado e compartilhado por todos os nós na faixa de seus transmissores. A alocação de largura de banda torna-se complexa com vários usuários participantes. Freqüentemente, os usuários não estão cientes de que os números anunciados (por exemplo, para equipamentos IEEE 802.11 ou redes LTE ) não são sua capacidade, mas compartilhados com todos os outros usuários e, portanto, a taxa de usuário individual é muito mais baixa. Com o aumento da demanda, é cada vez mais provável que aconteça o aperto de capacidade . User-in-the-loop (UIL) pode ser uma solução alternativa para sempre atualizar para tecnologias mais novas para superprovisionamento .
Capacidade
Canal
O teorema de Shannon pode descrever a taxa máxima de dados de qualquer link sem fio único, que se relaciona à largura de banda em hertz e ao ruído no canal.
Pode-se aumentar muito a capacidade do canal usando técnicas MIMO , onde múltiplas antenas ou múltiplas frequências podem explorar múltiplos caminhos para o receptor para atingir uma taxa de transferência muito maior - por um fator do produto da frequência e diversidade da antena em cada extremidade.
No Linux, o Central Regulatory Domain Agent (CRDA) controla a configuração dos canais.
Rede
A largura de banda total da rede depende de quão dispersivo o meio é (meio mais dispersivo geralmente tem melhor largura de banda total porque minimiza a interferência), quantas frequências estão disponíveis, quão ruidosas essas frequências são, quantas antenas são usadas e se uma antena direcional está em uso, se os nós empregam controle de energia e assim por diante.
As redes celulares sem fio geralmente têm boa capacidade, devido ao uso de antenas direcionais e à capacidade de reutilizar canais de rádio em células não adjacentes. Além disso, as células podem ser muito pequenas usando transmissores de baixa potência, usados em cidades para fornecer capacidade de rede que se escala linearmente com a densidade populacional.
Segurança
Os pontos de acesso sem fio também costumam estar próximos aos humanos, mas a queda de energia com a distância é rápida, seguindo a lei do inverso do quadrado . A posição do Reino Unido 's Health Protection Agency (HPA) é que ‘... de rádio frequência (RF) exposições de WiFi são susceptíveis de ser mais baixos do que os de telefones celulares.’ Ele também viu “... nenhuma razão para que escolas e outras pessoas não devam usar equipamentos WiFi”. Em outubro de 2007, a HPA lançou um novo estudo “sistemático” sobre os efeitos das redes WiFi em nome do governo do Reino Unido, a fim de acalmar os temores que haviam aparecido na mídia em um período recente até aquele momento ". Dr. Michael Clark , da HPA, diz que pesquisas publicadas sobre telefones celulares e mastros não somam uma acusação de WiFi.
Veja também
- Atraso de encontro
- Ponto de acesso sem fio
- Rede de comunidade sem fio
- Comparação de cliente de LAN sem fio
- Pesquisa de site sem fio
- Simulação de rede
- Rede de malha óptica
- Rede mesh sem fio
- Gerenciamento de mobilidade sem fio
Referências
Leitura adicional
- Rede sem fio no mundo em desenvolvimento: um guia prático para planejar e construir infraestrutura de telecomunicações de baixo custo (PDF) (2ª ed.). Hacker Friendly LLC. 2007. p. 425.
- Pahlavan, Kaveh; Levesque, Allen H (1995). Redes de informação sem fio . John Wiley & Sons. ISBN 0-471-10607-0.
- Geier, Jim (2001). LANs sem fio . Sams. ISBN 0-672-32058-4.
- Goldsmith, Andrea (2005). Comunicações sem fio . Cambridge University Press. ISBN 0-521-83716-2.
- Lenzini, L .; Luise, M .; Reggiannini, R. (junho de 2001). "CRDA: um protocolo MAC de resolução de colisão e alocação dinâmica para integrar dados e voz em redes sem fio". IEEE Journal on Selected Areas in Communications . IEEE Communications Society . 19 (6): 1153–1163. doi : 10.1109 / 49.926371 . ISSN 0733-8716 .
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