Comunicação sem fio - Guia rápido
A comunicação sem fio envolve a transmissão de informações à distância sem a ajuda de fios, cabos ou quaisquer outras formas de condutores elétricos.
Comunicação sem fio é um termo amplo que incorpora todos os procedimentos e formas de conexão e comunicação entre dois ou mais dispositivos usando um sinal sem fio por meio de tecnologias e dispositivos de comunicação sem fio.
Características da comunicação sem fio
A evolução da tecnologia sem fio trouxe muitos avanços com seus recursos eficazes.
A distância transmitida pode ser qualquer coisa entre alguns metros (por exemplo, o controle remoto de uma televisão) e milhares de quilômetros (por exemplo, comunicação de rádio).
A comunicação sem fio pode ser usada para telefonia celular, acesso sem fio à Internet, rede doméstica sem fio e assim por diante.
Outros exemplos de aplicações da tecnologia de rádio sem fio incluem unidades GPS, abridores de portas de garagem, mouses de computador sem fio, teclados e fones de ouvido, fones de ouvido, receptores de rádio, televisão por satélite, televisão aberta e telefones sem fio.
Wireless - Vantagens
A comunicação sem fio envolve a transferência de informações sem qualquer conexão física entre dois ou mais pontos. Por causa dessa ausência de qualquer 'infraestrutura física', a comunicação sem fio tem certas vantagens. Isso geralmente inclui o colapso de distância ou espaço.
A comunicação sem fio tem várias vantagens; os mais importantes são discutidos abaixo -
Eficácia de custos
A comunicação com fio envolve o uso de fios de conexão. Em redes sem fio, a comunicação não requer infraestrutura física elaborada ou práticas de manutenção. Portanto, o custo é reduzido.
Example - Qualquer empresa prestadora de serviços de comunicação sem fio não incorre em muitos custos e, como resultado, pode cobrar mais barato no que diz respeito às tarifas de seus clientes.
Flexibilidade
A comunicação sem fio permite que as pessoas se comuniquem independentemente de sua localização. Não é necessário estar em um escritório ou alguma cabine telefônica para passar e receber mensagens.
Os mineiros no outback podem contar com telefones via satélite para ligar para seus entes queridos e, assim, ajudar a melhorar seu bem-estar geral, mantendo-os em contato com as pessoas que mais significam para eles.
Conveniência
Dispositivos de comunicação sem fio, como telefones celulares, são bastante simples e, portanto, permitem que qualquer pessoa os use, onde quer que estejam. Não há necessidade de conectar nada fisicamente para receber ou passar mensagens.
Example- Os serviços de comunicação sem fio também podem ser vistos em tecnologias de Internet, como Wi-Fi. Sem cabos de rede impedindo o movimento, agora podemos nos conectar com quase qualquer pessoa, em qualquer lugar, a qualquer hora.
Rapidez
As melhorias também podem ser vistas na velocidade. A conectividade de rede ou a acessibilidade foram muito melhoradas em precisão e velocidade.
Example- Um controle remoto sem fio pode operar um sistema mais rápido do que um com fio. O controle sem fio de uma máquina pode facilmente interromper seu funcionamento se algo der errado, enquanto a operação direta não pode agir tão rápido.
Acessibilidade
A tecnologia sem fio ajuda a fácil acessibilidade, pois as áreas remotas onde as linhas de aterramento não podem ser instaladas adequadamente estão sendo facilmente conectadas à rede.
Example- Nas regiões rurais, a educação online agora é possível. Os educadores não precisam mais viajar para áreas distantes para ensinar suas aulas. Graças à transmissão ao vivo de seus módulos educacionais.
Conectividade constante
A conectividade constante também garante que as pessoas possam responder a emergências com relativa rapidez.
Example - Um celular sem fio pode garantir uma conectividade constante, embora você se mova de um lugar para outro ou enquanto viaja, enquanto uma linha fixa com fio não pode.
Dentre os vários termos usados na telefonia móvel, os mais usados serão discutidos aqui.
Mobile Station (MS)- A Estação Móvel (MS) comunica as informações com o usuário e as modifica para os protocolos de transmissão da interface aérea para se comunicar com o BSS. As informações do usuário se comunicam com o MS por meio de um microfone e alto-falante para voz, teclado e display para mensagens curtas e conexão por cabo para outros terminais de dados. A estação móvel tem dois elementos Equipamento Móvel (ME) e Módulo de Identidade do Assinante (SIM).
Mobile Equipment (ME)- ME é uma peça de hardware que o cliente adquire do fabricante do equipamento. A peça de hardware contém todos os componentes necessários para a implementação dos protocolos para fazer a interface com o usuário e a interface aérea com as estações base.
Subscriber Identity Module (SIM)- Este é um cartão inteligente emitido na assinatura para identificar as especificações de um usuário, como endereço e tipo de serviço. As chamadas no GSM são direcionadas para o SIM e não para o terminal.
SMS também são armazenados no cartão SIM. Ele carrega as informações pessoais de cada usuário, o que permite uma série de aplicativos úteis.
Base Station (BS)- Uma estação base transmite e recebe dados do usuário. Quando uma unidade móvel é apenas responsável pela transmissão e recepção de dados de seu usuário, uma estação base é capaz de lidar com as chamadas de vários assinantes simultaneamente.
Base Transceiver Station (BTS)- A transmissão de dados do usuário ocorre entre o telefone celular e a estação base (BS) por meio da estação transceptora base. Um transceptor é um circuito que transmite e recebe, ou seja, faz as duas coisas.
Mobile Switching Center (MSC)- MSC é a parte de hardware do switch wireless que pode se comunicar com switches PSTN usando o protocolo Signaling System 7 (SS7), bem como outros MSCs na área de cobertura de um provedor de serviços. O MSC também fornece a comunicação com outras redes cabeadas e sem fio, bem como suporte para registro e manutenção da conexão com as estações móveis.
A imagem a seguir ilustra as partes de diferentes subsistemas. HLR, VLR, EIR e AuC são os subsistemas do subsistema de rede.
Channels - É uma faixa de frequência atribuída a um serviço ou sistemas específicos.
Control Channel - Canal de rádio usado para transmissão de configuração de chamada, solicitação de chamada, iniciação de chamada e outras finalidades de beacon ou controle.
Forward Control Channel(FCC) - Canal de rádio usado para transmissão de informações da estação base para o celular
Reverse Channel(RC) - Canal de rádio usado para transmissão de informações do celular para a estação base.
Voice Channel(VC) - Canal de rádio usado para transmissão de voz ou dados.
Handoff - É definido como a transferência de uma chamada do canal ou estação base para outra estação base.
Roamer - Uma estação móvel que opera em uma área de serviço diferente daquela na qual o serviço foi assinado
Transceiver - Um dispositivo capaz de transmitir e receber sinais de rádio simultaneamente.
Vários esquemas de acesso são usados para permitir que muitos usuários móveis compartilhem simultaneamente uma quantidade finita de espectro de rádio.
Técnicas de Acesso Múltiplo
Em sistemas de comunicação sem fio, muitas vezes é desejável permitir que o assinante envie informações simultaneamente da estação móvel para a estação base, enquanto recebe informações da estação base para a estação móvel.
Um sistema celular divide qualquer área em células, onde uma unidade móvel em cada célula se comunica com uma estação base. O principal objetivo no projeto do sistema celular é ser capaz deincrease the capacity of the channel, ou seja, para lidar com o maior número de chamadas possível em uma determinada largura de banda com um nível suficiente de qualidade de serviço.
Existem várias maneiras diferentes de permitir o acesso ao canal. Isso inclui principalmente o seguinte -
- Acesso múltiplo por divisão de frequência (FDMA)
- Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA)
- Acesso múltiplo por divisão de código (CDMA)
- Acesso múltiplo por divisão espacial (SDMA)
Dependendo de como a largura de banda disponível é alocada para os usuários, essas técnicas podem ser classificadas como narrowband e wideband sistemas.
Sistemas de banda estreita
Os sistemas que operam com canais substancialmente mais estreitos do que a largura de banda de coerência são chamados de sistemas de banda estreitos. O TDMA de banda estreita permite que os usuários usem o mesmo canal, mas aloca um slot de tempo exclusivo para cada usuário no canal, separando assim um pequeno número de usuários no tempo em um único canal.
Sistemas de banda larga
Em sistemas de banda larga, a largura de banda de transmissão de um único canal é muito maior do que a largura de banda de coerência do canal. Portanto, o enfraquecimento de multipath não afeta muito o sinal recebido dentro de um canal de banda larga, e os fades seletivos de frequência ocorrem apenas em uma pequena fração da largura de banda do sinal.
Acesso múltiplo por divisão de frequência (FDMA)
FDMA é a tecnologia básica para serviços avançados de telefonia móvel. As características do FDMA são as seguintes.
- O FDMA atribui uma sub-banda de frequência diferente para cada usuário diferente para acessar a rede.
- Se o FDMA não estiver em uso, o canal ficará ocioso em vez de ser distribuído para outros usuários.
- O FDMA é implementado em sistemas de banda estreita e é menos complexo do que o TDMA.
- A filtragem rigorosa é feita aqui para reduzir a interferência do canal adjacente.
- A estação base BS e a estação móvel MS transmitem e recebem simultaneamente e continuamente em FDMA.
Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA)
Nos casos em que a transmissão contínua não é necessária, o TDMA é usado em vez de FDMA. Os recursos do TDMA incluem o seguinte.
- O TDMA compartilha uma única frequência de portadora com vários usuários, onde cada um deles faz uso de intervalos de tempo não sobrepostos.
- A transmissão de dados em TDMA não é contínua, mas ocorre em rajadas. Portanto, o processo de transferência é mais simples.
- O TDMA usa slots de tempo diferentes para transmissão e recepção, portanto, não são necessários duplexers.
- O TDMA tem a vantagem de poder alocar diferentes números de slots de tempo por quadro para diferentes usuários.
- A largura de banda pode ser fornecida sob demanda para diferentes usuários concatenando ou reatribuindo o intervalo de tempo com base na prioridade.
Acesso múltiplo por divisão de código (CDMA)
A técnica de acesso múltiplo por divisão de código é um exemplo de acesso múltiplo em que vários transmissores usam um único canal para enviar informações simultaneamente. Suas características são as seguintes.
- No CDMA, cada usuário usa todo o espectro disponível em vez de ser distribuído por uma frequência separada.
- O CDMA é muito recomendado para comunicações de voz e dados.
- Enquanto vários códigos ocupam o mesmo canal em CDMA, os usuários com o mesmo código podem se comunicar uns com os outros.
- O CDMA oferece mais capacidade de espaço aéreo do que o TDMA.
- O hands-off entre as estações base é muito bem administrado pelo CDMA.
Acesso Múltiplo por Divisão Espacial (SDMA)
Acesso múltiplo por divisão espacial ou acesso múltiplo por divisão espacial é uma técnica que é arquitetura MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) e usada principalmente em comunicação sem fio e por satélite. Possui os seguintes recursos.
- Todos os usuários podem se comunicar ao mesmo tempo usando o mesmo canal.
- SDMA é totalmente livre de interferências.
- Um único satélite pode se comunicar com mais receptores de satélites da mesma frequência.
- As antenas de feixe pontual direcionais são usadas e, portanto, a estação base em SDMA pode rastrear um usuário em movimento.
- Controla a energia irradiada para cada usuário no espaço.
Spread Spectrum Multiple Access
O acesso múltiplo de espectro espalhado (SSMA) usa sinais que têm uma largura de banda de transmissão cuja magnitude é maior do que a largura de banda RF mínima necessária.
Existem dois tipos principais de técnicas de acesso múltiplo de espectro alargado -
- Espectro de dispersão com salto de frequência (FHSS)
- Espectro de difusão de sequência direta (DSSS)
Espectro de propagação com salto de frequência (FHSS)
Este é um sistema digital de acesso múltiplo no qual as frequências portadoras dos usuários individuais variam de forma pseudo-aleatória dentro de um canal de banda larga. Os dados digitais são divididos em rajadas de tamanho uniforme que são transmitidas em diferentes frequências portadoras.
Espectro de propagação de sequência direta (DSSS)
Esta é a tecnologia mais comumente usada para CDMA. No DS-SS, o sinal de mensagem é multiplicado por um código de ruído pseudo-aleatório. Cada usuário recebe sua própria palavra-código que é ortogonal aos códigos de outros usuários e, para detectar o usuário, o receptor deve saber a palavra-código usada pelo transmissor.
As sequências combinatórias chamadas de hybrid também são usados como outro tipo de espectro de propagação. Time hopping também é outro tipo raramente mencionado.
Uma vez que muitos usuários podem compartilhar a mesma largura de banda de espalhamento espectral sem interferir uns com os outros, os sistemas de espalhamento espectral tornam-se bandwidth efficient em um ambiente de vários usuários.
O canal sem fio é suscetível a uma variedade de impedimentos de transmissão, como path loss, interference e blockage. Esses fatores restringem o alcance, a taxa de dados e a confiabilidade da transmissão sem fio.
Tipos de caminhos
A extensão em que esses fatores afetam a transmissão depende das condições ambientais e da mobilidade do transmissor e do receptor. O caminho seguido pelos sinais para chegar ao receptor são de dois tipos, como -
Caminho direto
O sinal transmitido, quando atinge o receptor diretamente, pode ser denominado como um directpath e os componentes presentes que estão presentes no sinal são chamados de directpath components.
Multi-caminho
O sinal transmitido quando chega ao receptor, por meio de diferentes direções passando por diferentes fenômenos, tal caminho é denominado como multi-path e os componentes do sinal transmitido são chamados de multi-path components.
Eles são refletidos, difratados e espalhados pelo ambiente, e chegam ao receptor mudados em amplitude, frequência e fase em relação ao componente do caminho direto.
Características do canal sem fio
As características mais importantes do canal sem fio são -
- Caminho perdido
- Fading
- Interference
- Doppler shift
Nas seções a seguir, discutiremos essas características do canal uma por uma.
Caminho perdido
A perda de caminho pode ser expressa como a razão entre a potência do sinal transmitido e a potência do mesmo sinal recebido pelo receptor, em um determinado caminho. É uma função da distância de propagação.
A estimativa da perda de caminho é muito importante para projetar e implantar redes de comunicação sem fio
A perda do caminho depende de vários fatores, como a frequência de rádio usada e a natureza do terreno.
O modelo de propagação no espaço livre é o modelo de perda de caminho mais simples no qual há um sinal de caminho direto entre o transmissor e o receptor, sem atenuação da atmosfera ou componentes de multicaminho.
Neste modelo, a relação entre a potência transmitida Pt e o poder recebido Pr É dado por
$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$Onde
Gt é o ganho da antena do transmissor
Gr é o ganho da antena do receptor
d é a distância entre o transmissor e o receptor
λ é o comprimento de onda do sinal
O modelo de duas vias, também chamado de modelos de dois caminhos, é um modelo de perda de caminho amplamente usado. O modelo de espaço livre descrito acima assume que existe apenas um único caminho do transmissor ao receptor.
Na realidade, o sinal chega ao receptor por vários caminhos. O modelo de dois caminhos tenta capturar esse fenômeno. O modelo assume que o sinal chega ao receptor por meio de dois caminhos, um na linha de visão e o outro no caminho pelo qual a onda refletida é recebida.
De acordo com o modelo de dois caminhos, a potência recebida é dada por
$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$Onde
pt é o poder transmitido
Gt representam o ganho da antena no transmissor
Gr representam o ganho da antena no receptor
d é a distância entre o transmissor e o receptor
ht é a altura do transmissor
hr são a altura do receptor
Desbotando
O desvanecimento se refere às flutuações na intensidade do sinal quando recebido no receptor. O desbotamento pode ser classificado em dois tipos -
- Desbotamento rápido / desbotamento em pequena escala e
- Desbotamento lento / desbotamento em grande escala
O desvanecimento rápido se refere às flutuações rápidas nos atrasos de amplitude, fase ou multipercurso do sinal recebido, devido à interferência entre várias versões do mesmo sinal transmitido chegando ao receptor em momentos ligeiramente diferentes.
O tempo entre a recepção da primeira versão do sinal e o último sinal ecoado é chamado delay spread. A propagação multipercurso do sinal transmitido, que causa desvanecimento rápido, é devido aos três mecanismos de propagação, a saber -
- Reflection
- Diffraction
- Scattering
Os múltiplos caminhos de sinal podem às vezes adicionar construtivamente ou às vezes destrutivamente no receptor, causando uma variação no nível de potência do sinal recebido. Diz-se que o único envelope recebido de um sinal de desvanecimento rápido segue umRayleigh distribution para ver se não há caminho de linha de visão entre o transmissor e o receptor.
Desvanecimento lento
O próprio nome Slow Fading implica que o sinal desaparece lentamente. As características do desvanecimento lento são as apresentadas a seguir.
O desvanecimento lento ocorre quando objetos que absorvem parcialmente a transmissão ficam entre o transmissor e o receptor.
O desvanecimento lento é assim chamado porque a duração do desvanecimento pode durar vários segundos ou minutos.
O desvanecimento lento pode ocorrer quando o receptor está dentro de um edifício e a onda de rádio deve atravessar as paredes de um edifício, ou quando o receptor está temporariamente protegido do transmissor por um edifício. Os objetos obstrutivos causam uma variação aleatória na potência do sinal recebido.
O enfraquecimento lento pode fazer com que a potência do sinal recebido varie, embora a distância entre o transmissor e o receptor permaneça a mesma.
O desvanecimento lento também é conhecido como shadow fading uma vez que os objetos que causam o desbotamento, que podem ser grandes edifícios ou outras estruturas, bloqueiam o caminho de transmissão direta do transmissor para o receptor.
Interferência
As transmissões sem fio precisam combater a interferência de uma ampla variedade de fontes. Duas formas principais de interferência são -
- Interferência de canal adjacente e
- Interferência de co-canal.
No caso de interferência de canal adjacente, os sinais em frequências próximas têm componentes fora de suas faixas alocadas e esses componentes podem interferir na transmissão contínua nas frequências adjacentes. Isso pode ser evitado introduzindo cuidadosamente bandas de guarda entre as faixas de freqüência alocadas.
Co-channel interference, às vezes também conhecido como narrow band interference, é devido a outros sistemas próximos usando a mesma frequência de transmissão.
Inter-symbol interference é outro tipo de interferência, onde a distorção no sinal recebido é causada pela propagação temporal e a conseqüente sobreposição de pulsos individuais no sinal.
Adaptive equalizationé uma técnica comumente usada para combater a interferência entre símbolos. Envolve reunir a energia do símbolo disperso em seu intervalo de tempo original. Algoritmos complexos de processamento digital são usados no processo de equalização.
O protocolo TCP / IP original foi definido como quatro camadas de software construídas sobre o hardware. Hoje, no entanto, o TCP / IP é considerado um modelo de cinco camadas com as camadas nomeadas semelhantes às do modelo OSI.
Comparação entre OSI e TCP / IP Suite
Quando comparamos os dois modelos, descobrimos que duas camadas, sessão e apresentação, estão faltando no protocolo TCP / IP. A camada de aplicativo no conjunto é geralmente considerada a combinação de três camadas no modelo OSI.
O modelo OSI especifica quais funções pertencem a cada uma de suas camadas, mas as camadas do conjunto de protocolos TCP / IP contêm protocolos relativamente independentes que podem ser combinados e combinados, dependendo das necessidades do sistema. O termo hierárquico significa que cada protocolo de nível superior é suportado por um ou mais protocolos de nível inferior.
Camadas no pacote TCP / IP
As quatro camadas do modelo TCP / IP são a camada host-para-rede, camada de internet / rede, camada de transporte e camada de aplicação. A finalidade de cada camada no conjunto de protocolos TCP / IP é detalhada a seguir.
A imagem acima representa as camadas do conjunto de protocolos TCP / IP.
Camada física
O TCP / IP não define nenhum protocolo específico para a camada física. Ele suporta todos os protocolos padrão e proprietários.
Nesse nível, a comunicação é entre dois saltos ou nós, um computador ou roteador. A unidade de comunicação é umsingle bit.
Quando a conexão é estabelecida entre os dois nós, um fluxo de bits flui entre eles. A camada física, no entanto, trata cada bit individualmente.
A responsabilidade da camada física, além da entrega de bits, coincide com o que foi mencionado para a camada física do modelo OSI, mas depende principalmente das tecnologias subjacentes que fornecem links.
Camada de link de dados
O TCP / IP também não define nenhum protocolo específico para a camada de enlace. Ele suporta todos os protocolos padrão e proprietários.
Também neste nível, a comunicação é entre dois saltos ou nós. A unidade de comunicação, entretanto, é um pacote chamadoframe.
UMA frame é um pacote que encapsula os dados recebidos da camada de rede com um cabeçalho adicionado e, às vezes, um trailer.
A cabeça, entre outras informações de comunicação, inclui a origem e o destino do quadro.
o destination address é necessário para definir o destinatário correto do quadro porque muitos nós podem ter sido conectados ao link.
o source address é necessário para uma possível resposta ou confirmação, conforme pode ser exigido por alguns protocolos.
Os protocolos LAN, Packet Radio e Point-to-Point são suportados nesta camada
Camada de rede
Na camada de rede, o TCP / IP oferece suporte ao Protocolo da Internet (IP). O protocolo da Internet (IP) é o mecanismo de transmissão usado pelos protocolos TCP / IP.
- O IP transporta dados em pacotes chamados datagrams, cada um dos quais é transportado separadamente.
- Os datagramas podem viajar por diferentes rotas e podem chegar fora da sequência ou ser duplicados.
O IP não rastreia as rotas e não tem facilidade para reordenar datagramas assim que chegam ao seu destino.
Camada de transporte
Há uma diferença principal entre a camada de transporte e a camada de rede. Embora todos os nós em uma rede precisem ter a camada de rede, apenas os dois computadores finais precisam ter a camada de transporte.
A camada de rede é responsável por enviar datagramas individuais do computador A para o computador B; a camada de transporte é responsável por entregar toda a mensagem, que é chamada desegment, de a para B.
Um segmento pode consistir em algumas ou dezenas de datagrams. Os segmentos precisam ser divididos em datagramas e cada datagrama deve ser entregue à camada de rede para transmissão.
Como a Internet define uma rota diferente para cada datagrama, os datagramas podem chegar fora de ordem e podem ser perdidos.
A camada de transporte no computador B precisa esperar até que todos esses datagramas cheguem, montá-los e fazer um segmento com eles.
Tradicionalmente, a camada de transporte era representada no pacote TCP / IP por dois protocolos: User Datagram Protocol (UDP) e Transmission Control Protocol (TCP).
Um novo protocolo chamado Stream Control Transmission Protocol (SCTP) foi introduzido nos últimos anos.
Camada de aplicação
A camada de aplicativo em TCP / IP é equivalente às camadas combinadas de sessão, apresentação e aplicativo no modelo OSI.
A camada de aplicação permite que um usuário acesse os serviços de nossa Internet privada ou da Internet global.
Muitos protocolos são definidos nesta camada para fornecer serviços como transferência de arquivos de correio eletrônico, acesso à World Wide Web e assim por diante.
Os protocolos suportados nesta camada são TELNET, FTP e HTTP.
A rede celular é uma tecnologia subjacente para telefones celulares, sistemas de comunicação pessoal, redes sem fio, etc. A tecnologia foi desenvolvida para telefones celulares por rádio para substituir os sistemas transmissores / receptores de alta potência. As redes celulares usam menor potência, menor alcance e mais transmissores para transmissão de dados.
Características dos sistemas celulares
Os sistemas celulares sem fio resolvem o problema de congestionamento espectral e aumentam a capacidade do usuário. As características dos sistemas celulares são as seguintes -
Oferece capacidade muito alta em um espectro limitado.
Reutilização de canal de rádio em diferentes células.
Habilite um número fixo de canais para servir a um número arbitrariamente grande de usuários, reutilizando o canal em toda a região de cobertura.
A comunicação é sempre entre o celular e a estação base (não diretamente entre os celulares).
Cada estação base celular é alocada a um grupo de canais de rádio dentro de uma pequena área geográfica chamada célula.
As células vizinhas são atribuídas a grupos de canais diferentes.
Ao limitar a área de cobertura para dentro do limite da célula, os grupos de canais podem ser reutilizados para cobrir células diferentes.
Mantenha os níveis de interferência dentro dos limites toleráveis.
Reutilização de frequência ou planejamento de frequência.
Organização da rede celular sem fio.
A rede celular é organizada em vários transmissores de baixa potência, cada 100w ou menos.
Forma de Células
A área de cobertura das redes celulares é dividida em cells, cada célula tendo sua própria antena para transmitir os sinais. Cada célula tem suas próprias frequências. A comunicação de dados em redes celulares é servida por seu transmissor, receptor de estação base e sua unidade de controle.
A forma das células pode ser quadrada ou hexagonal -
Quadrado
Uma célula quadrada tem quatro vizinhos à distância d e quatro à distância Root 2 d
- Melhor se todas as antenas adjacentes forem equidistantes
- Simplifica a escolha e troca para uma nova antena
Hexágono
Um formato de célula hexagonal é altamente recomendado por sua fácil cobertura e cálculos. Ele oferece as seguintes vantagens -
- Fornece antenas equidistantes
- Distância do centro ao vértice é igual ao comprimento do lado
Reutilização de frequência
Reutilização de frequência é o conceito de usar as mesmas frequências de rádio dentro de uma determinada área, que estão separadas por distâncias consideráveis, com interferência mínima, para estabelecer comunicação.
A reutilização de frequência oferece os seguintes benefícios -
- Permite comunicações dentro da célula em uma determinada frequência
- Limita o poder de escape para células adjacentes
- Permite a reutilização de frequências em células próximas
- Usa a mesma frequência para várias conversas
- 10 a 50 frequências por célula
Por exemplo, quando N as células estão usando o mesmo número de frequências e Kser o número total de frequências usadas nos sistemas. Então cadacell frequency é calculado usando as fórmulas K/N.
Em Serviços Avançados de Telefonia Móvel (AMPS), quando K = 395 e N = 7, as frequências por célula em média serão 395/7 = 56. Aqui, cell frequency é 56.
A propagação da antena e da onda desempenha um papel vital nas redes de comunicação sem fio. Uma antena é um condutor elétrico ou um sistema de condutores que irradia / coleta (transmite ou recebe) energia eletromagnética para / do espaço. Uma antena isotrópica idealizada irradia igualmente em todas as direções.
Mecanismos de Propagação
As transmissões sem fio se propagam em três modos. Eles são -
- Propagação de ondas terrestres
- Propagação de ondas celestes
- Propagação de linha de visão
Ground wave propagation segue o contorno da terra, enquanto sky wave propagation usa a reflexão da terra e da ionosfera.
Line of sight propagationrequer que as antenas de transmissão e recepção estejam dentro da linha de visão uma da outra. Dependendo da frequência do sinal subjacente, o modo particular de propagação é seguido.
Exemplos de comunicação por ondas terrestres e ondas do céu são AM radio e international broadcastscomo a BBC. Acima de 30 MHz, nem a propagação das ondas terrestres nem das ondas celestes opera e a comunicação é feita através da linha de visão.
Limitações de transmissão
Nesta seção, discutiremos as várias limitações que afetam as transmissões de ondas eletromagnéticas. Vamos começar com a atenuação.
Atenuação
A força do sinal diminui com a distância no meio de transmissão. A extensão da atenuação é uma função da distância, meio de transmissão, bem como da frequência da transmissão subjacente.
Distorção
Uma vez que os sinais em diferentes frequências se atenuam em diferentes extensões, um sinal composto de componentes em uma faixa de frequências fica distorcido, ou seja, a forma do sinal recebido muda.
Um método padrão para resolver esse problema (e recuperar a forma original) é amplificar as frequências mais altas e, assim, equalizar a atenuação em uma banda de frequências.
Dispersão
Dispersão é o fenômeno de propagação de uma explosão de energia eletromagnética durante a propagação. Explosões de dados enviados em rápida sucessão tendem a se fundir devido à dispersão.
Ruído
A forma mais difundida de ruído é o ruído térmico, que muitas vezes é modelado usando um modelo gaussiano aditivo. O ruído térmico é devido à agitação térmica dos elétrons e é uniformemente distribuído em todo o espectro de frequência.
Outras formas de ruído incluem -
Inter modulation noise (causado por sinais produzidos em frequências que são somas ou diferenças de frequências portadoras)
Crosstalk (interferência entre dois sinais)
Impulse noise (pulsos irregulares de alta energia causados por distúrbios eletromagnéticos externos).
Embora um ruído de impulso possa não ter um impacto significativo nos dados analógicos, ele tem um efeito perceptível nos dados digitais, causando burst errors.
A figura acima ilustra claramente como o sinal de ruído se sobrepõe ao sinal original e tenta alterar suas características.
Desbotando
O desvanecimento se refere à variação da intensidade do sinal em relação ao tempo / distância e é amplamente prevalente em transmissões sem fio. As causas mais comuns de desbotamento no ambiente sem fio são a propagação e mobilidade de vários caminhos (de objetos, bem como dos dispositivos de comunicação).
Propagação multipercurso
Na mídia sem fio, os sinais se propagam usando três princípios, que são reflexão, espalhamento e difração.
Reflection ocorre quando o sinal encontra uma grande superfície sólida, cujo tamanho é muito maior do que o comprimento de onda do sinal, por exemplo, uma parede sólida.
Diffraction ocorre quando o sinal encontra uma borda ou um canto, cujo tamanho é maior do que o comprimento de onda do sinal, por exemplo, uma borda de uma parede.
Scattering ocorre quando o sinal encontra pequenos objetos de tamanho menor que o comprimento de onda do sinal.
Uma consequência da propagação de múltiplos caminhos é que várias cópias de uma propagação de sinal ao longo de vários caminhos diferentes chegam a qualquer ponto em momentos diferentes. Portanto, o sinal recebido em um ponto não é apenas afetado peloinherent noise, distortion, attenuation, e dispersion no canal, mas também no interaction of signals propagado ao longo de vários caminhos.
Espalhamento de atraso
Suponha que transmitamos um pulso de sondagem de um local e medimos o sinal recebido no local receptor como uma função do tempo. A potência do sinal recebido se espalha com o tempo devido à propagação de multipercursos.
A propagação do atraso é determinada pela função de densidade da propagação resultante do atraso ao longo do tempo. Average delay spread e root mean square delay spread são os dois parâmetros que podem ser calculados.
Doppler espalhado
Esta é uma medida de spectral broadeningcausado pela taxa de mudança do canal de rádio móvel. É causado pelo movimento relativo entre a estação móvel e a estação base ou pelo movimento de objetos no canal.
Quando a velocidade do celular é alta, a propagação Doppler é alta e as variações de canal resultantes são mais rápidas do que o sinal de banda base, isso é conhecido como fast fading. Quando as variações do canal são mais lentas do que as variações do sinal de banda base, o desvanecimento resultante é referido comoslow fading.
Em alguns casos, existe um escopo de deterioração do desempenho, o que afeta a produção. A principal causa para isso pode ser a deficiência do canal móvel. Para resolver isso, existem três técnicas populares -
Equalizador
Um equalizador dentro de um receptor compensa a faixa média de amplitude de canal esperada e características de atraso. Em outras palavras, um equalizador é um filtro no receptor móvel cuja resposta ao impulso é inversa da resposta ao impulso do canal. Esses equalizadores encontram seu uso emfrequency selective fading canais.
Diversidade
Diversidade é outra técnica usada para compensar fast fadinge geralmente é implementado usando duas ou mais antenas receptoras. Geralmente é empregado para reduzir as profundidades e a duração dos desvanecimentos experimentados por um receptor em um canal de desvanecimento plano.
Codificação de Canal
Channel codingmelhora o desempenho do link de comunicação móvel adicionando bits de dados redundantes na mensagem transmitida. Na porção de banda base do transmissor, um codificador de canal mapeia uma sequência de mensagem digital para outra sequência de código específica contendo maior número de bits do que o original contido na mensagem. A codificação do canal é usada para corrigirdeep fading ou spectral null.
Equalização
ISI (Interferência de símbolos) foi identificada como um dos principais obstáculos à transmissão de dados em alta velocidade em canais de rádio móveis. Se a largura de banda da modulação exceder ocoherence bandwidth do canal de rádio (ou seja, desvanecimento seletivo de frequência), os pulsos de modulação são espalhados no tempo, causando ISI.
Um equalizador na extremidade frontal de um receptor compensa a faixa média de amplitude de canal esperada e características de atraso. Como os canais de fading móveis sãorandom e time varying, os equalizadores devem rastrear as características variáveis no tempo do canal móvel e, portanto, devem ser variáveis ou adaptáveis no tempo. Um equalizador adaptativo tem duas fases de operação:training e tracking.
Modo de treinamento
Inicialmente, uma sequência de treinamento de comprimento fixo conhecida é enviada pelo transmissor para que o equalizador do receptor possa ter uma média de configuração adequada. Training sequence é tipicamente um sinal binário pseudo-aleatório ou fixo, de padrão de bits prescrito.
A sequência de treinamento é projetada para permitir que um equalizador no receptor adquira o proper filter coefficientna pior condição possível do canal. Um filtro adaptativo no receptor, portanto, usa umrecursive algorithm para avaliar o canal e estimar os coeficientes do filtro para compensar o canal.
Modo de Rastreamento
Quando a sequência de treinamento termina, os coeficientes do filtro estão próximos do ótimo. Imediatamente após a sequência de treinamento, os dados do usuário são enviados.
Quando os dados dos usuários são recebidos, o adaptive algorithms do equalizador rastreia a mudança de canal. Como resultado, o equalizador adaptável muda continuamente as características do filtro ao longo do tempo.
Diversidade
Diversidade é uma técnica de receptor de comunicação poderosa que fornece melhoria de link sem fio a um custo relativamente baixo. Diversity techniques são usados em sistemas de comunicação sem fio principalmente para melhorar o desempenho em um canal de rádio em declínio.
Em tal sistema, o receptor é fornecido com múltiplas cópias do mesmo sinal de informação que são transmitidas por dois ou mais canais de comunicação reais ou virtuais. Assim, a ideia básica de diversidade érepetition ou redundancy of information. Em virtualmente todas as aplicações, as decisões de diversidade são feitas pelo receptor e são desconhecidas do transmissor.
Tipos de Diversidade
O desbotamento pode ser classificado em small scale e large scale fading. Os desvanecimentos em pequena escala são caracterizados por flutuações de amplitude rápidas e profundas que ocorrem à medida que o móvel se move em distâncias de apenas alguns comprimentos de onda. Para sinais de banda estreita, isso normalmente resulta em umRayleigh faded envelope. A fim de evitar a ocorrência de desvanecimentos profundos, técnicas de diversidade microscópica podem explorar o sinal que muda rapidamente.
Se os elementos da antena do receptor são separados por uma fração do comprimento de onda transmitido, então as várias cópias do sinal de informação ou genericamente denominadas como ramificações, podem ser combinadas adequadamente ou o mais forte deles pode ser escolhido como o sinal recebido. Essa técnica de diversidade é denominada comoAntenna or Space diversity.
Diversidade de frequência
O mesmo sinal de informação é transmitido em diferentes portadoras, sendo a separação de frequência entre elas pelo menos a largura de banda de coerência.
Diversidade de tempo
O sinal de informação é transmitido repetidamente no tempo em intervalos regulares. A separação entre otransmit times should be greater than the coherence time, Tc. O intervalo de tempo depende da taxa de desvanecimento e aumenta com a diminuição da taxa de desvanecimento.
Diversidade de polarização
Aqui, os campos elétricos e magnéticos do sinal que transporta as informações são modificados e muitos desses sinais são usados para enviar as mesmas informações. portantoorthogonal type of polarization is obtained.
Angle Diversity
Aqui, as antenas direcionais são usadas para criar cópias independentes do sinal transmitido em vários caminhos.
Diversidade do Espaço
Na diversidade do Espaço, existem várias antenas receptoras colocadas em diferentes localizações espaciais, resultando em sinais recebidos diferentes (possivelmente independentes).
A diferença entre os esquemas de diversidade reside no fato de que nos dois primeiros esquemas, há wastage of bandwidth devido a duplication of the informationsinal a ser enviado. Assim, o problema é evitado nos três esquemas restantes, mas com o custo de aumentoantenna complexity.
A correlação entre os sinais em função da distância entre os elementos da antena é dada pela relação -
$$\rho = J_0^2 \lgroup\frac{2\Pi d}{\lambda}\rgroup$$Onde,
J0 = Função de Bessel de ordem zero e primeiro tipo
d = distância de separação no espaço de elementos de antena
λ = comprimento de onda da portadora.
No campo dos computadores, o amplo uso de conexões de grupo tornou-se inevitável, o que levou à introdução de LANs(Redes de área local). Essas LANs vêm na categoria de redes de pequena escala em um único prédio ou campus.
WANs são redes de longa distância que cobrem uma área mais ampla, como uma cidade, ou uma área limitada maior que a LAN. Wireless Personal Area Networks (PANs) são o próximo passo em relação às WLANs, cobrindo áreas menores com transmissão de baixa potência, para a rede de dispositivos de computação portáteis e móveis, como PCs, Assistentes Digitais Pessoais (PDAs).
Fundamentos de WLANs
Os problemas técnicos em WLANs devem ser compreendidos para avaliar a diferença entre redes com fio e redes sem fio. O uso de WLANs e seus objetivos de design são então estudados. Os tipos de WLANS, seus componentes e suas funcionalidades básicas também são detalhados.
Padrão IEEE 802.11
Esta seção apresenta um padrão proeminente de WLANs de íon, o padrão IEEE 802.11. A camada de controle de acesso ao meio (MAC) e os mecanismos da camada física são explicados. Esta seção também cobre algumas das funcionalidades opcionais, como segurança e qualidade de serviço (QoS).
Padrão HIPERLAN
Esta seção descreve outro padrão WLAN, o padrão HIPERLAN, que é um padrão europeu baseado em acesso de rádio.
Bluetooth
Esta seção trata do padrão Bluetooth, que permite que dispositivos pessoais se comuniquem entre si na ausência de infraestrutura.
Fundamentos de WLAN
Embora os terminais portáteis e os terminais móveis possam se mover de um lugar para outro, os terminais portáteis são acessados apenas quando estão parados.
Os terminais móveis (MTs), por outro lado, são mais potentes e podem ser acessados quando estão em movimento. As WLANs visam oferecer suporte a estações de trabalho verdadeiramente móveis.
Usos WLAN
As redes de computadores sem fio são capazes de oferecer funcionalidades versáteis. As WLANs são muito flexíveis e podem ser configuradas em uma variedade de topologias com base no aplicativo. Alguns usos possíveis de WLANs são descritos abaixo.
Os usuários poderiam navegar na Internet, verificar e-mail e receber mensagens instantâneas em movimento.
Em áreas afetadas por terremotos ou outros desastres, nenhuma infraestrutura adequada pode estar disponível no local. WLANs são úteis nesses locais para configurar redes em tempo real.
Existem muitos edifícios históricos onde houve a necessidade de configurar redes de computadores. Em tais lugares, a fiação pode não ser permitida ou o projeto do edifício pode não ser condutivo para uma fiação eficiente. As WLANs são soluções muito boas nesses lugares.
Metas de Design
A seguir estão alguns dos objetivos que devem ser alcançados durante o projeto de WLANs -
Operational simplicity - O design de LANS sem fio deve incorporar recursos para permitir que um usuário móvel configure e acesse serviços de rede rapidamente de uma maneira simples e eficiente.
Power efficient operation - A natureza restrita de energia dos dispositivos de computação móvel, como laptops e PDAs, exige o importante requisito de WLANs operando com minimal power consumption. Portanto, o design da WLAN deve incorporar recursos de economia de energia e usar tecnologias e protocolos adequados para conseguir isso.
License-free operation - Um dos principais fatores que afetam o custo do acesso sem fio é a taxa de licença para o espectro no qual uma determinada tecnologia de acesso sem fio opera. Low cost of accessé um aspecto importante para popularizar uma tecnologia WLAN. Portanto, o projeto da WLAN deve considerar as partes do espectro de frequência. Para o seu funcionamento quedoes not require um explícito
Tolerance to interference - A proliferação de diferentes tecnologias de rede sem fio para aplicações civis e militares levou a um significativo increase in the interference level em todo o espectro de rádio.
O projeto da WLAN deve levar isso em consideração e tomar as medidas apropriadas por meio da seleção de tecnologias e protocolos para operar na presença de interferência.
Global Usability - O projeto da WLAN, a escolha da tecnologia e a seleção do espectro de frequência de operação devem levar em consideração os spectrum restrictionem países em todo o mundo. Isso garante a aceitabilidade da tecnologia em todo o mundo.
Security - A natureza de transmissão inerente do meio sem fio aumenta a necessidade de recursos de segurança a serem incluídos no projeto da tecnologia WLAN.
Safety requirements - O projeto da tecnologia WLAN deve seguir os requisitos de segurança que podem ser classificados a seguir.
- Interferência em dispositivos médicos e outros dispositivos de instrumentação.
- Aumento do nível de potência dos transmissores que podem causar riscos à saúde.
Uma WLAN bem projetada deve seguir as restrições de emissão de energia aplicáveis no espectro de frequência fornecido.
Quality of service requirements - Qualidade de serviço (QoS) refere-se ao provisionamento de níveis designados de desempenho para tráfego multimídia. O design da WLAN deve levar em consideração a possibilidade desupporting a wide variety tráfego, incluindo tráfego de multimídia.
Compatibility with other technologies and applications - A interoperabilidade entre diferentes LANS é importante para a comunicação eficiente entre hosts que operam com diferentes tecnologias de LAN.
Arquitetura de rede
A arquitetura de rede descreve os tipos de WLANs, os componentes de uma WLAN típica e os serviços oferecidos por uma WLAN.
Com base em infraestrutura versus LANs Ad Hoc
As WLANs podem ser amplamente classificadas em dois tipos, a saber Infrastructure networks e Ad hoc LANs, com base na arquitetura subjacente.
Redes de infraestrutura
As redes de infraestrutura contêm nós especiais chamados Access Points (APs), que são conectados por meio de redes existentes.
- Os APs são especiais no sentido de que podem interagir com nós sem fio, bem como com a rede com fio existente.
- Os outros nós sem fio, também conhecidos como estações móveis (STAs), comunicam-se por meio de APs.
- Os APs também atuam como pontes com outras redes.
LANs ad hoc
LANs ad hoc não precisam de nenhuma infraestrutura fixa. Essas redes podem ser configuradas instantaneamente em qualquer lugar. Os nós se comunicam diretamente entre si para encaminhar mensagens por meio de outros nós que são diretamente acessíveis.
A tecnologia sem fio Bluetooth é uma tecnologia de comunicação de curto alcance destinada a substituir os cabos que conectam a unidade portátil e manter altos níveis de segurança. A tecnologia Bluetooth é baseada emAd-hoc technology também conhecido como Ad-hoc Pico nets, que é uma rede local com uma cobertura muito limitada.
História do Bluetooth
A tecnologia WLAN permite a conectividade do dispositivo com serviços baseados na infraestrutura por meio de um provedor de operadora sem fio. A necessidade de dispositivos pessoais se comunicarem sem fio uns com os outros sem uma infraestrutura estabelecida levou ao surgimento dePersonal Area Networks (PANs).
O projeto Bluetooth da Ericsson em 1994 define o padrão para PANs para permitir a comunicação entre telefones celulares usando interfaces de rádio de baixo custo e baixa potência.
Em maio de 1988, empresas como IBM, Intel, Nokia e Toshiba juntaram-se à Ericsson para formar o Bluetooth Special Interest Group (SIG), cujo objetivo era desenvolver um padrão de fato para PANs.
O IEEE aprovou um padrão baseado em Bluetooth denominado IEEE 802.15.1 para Redes de Área Pessoal Sem Fio (WPANs). O padrão IEEE cobre aplicativos da camada MAC e física.
Bluetoothespecificação detalha toda a pilha de protocolo. O Bluetooth emprega radiofrequência (RF) para comunicação. Faz uso defrequency modulation para gerar ondas de rádio no ISM banda.
O uso do Bluetooth aumentou amplamente por seus recursos especiais.
O Bluetooth oferece uma estrutura uniforme para uma ampla gama de dispositivos se conectarem e se comunicarem.
A tecnologia Bluetooth alcançou aceitação global de tal forma que qualquer dispositivo habilitado para Bluetooth, em quase todo o mundo, pode ser conectado a dispositivos habilitados para Bluetooth.
O baixo consumo de energia da tecnologia Bluetooth e um alcance oferecido de até dez metros abriram caminho para vários modelos de uso.
O Bluetooth oferece conferência interativa estabelecendo uma rede ad hoc de laptops.
O modelo de uso do Bluetooth inclui computador sem fio, interfone, telefone sem fio e telefones celulares.
Piconets e Scatternets
Dispositivos eletrônicos habilitados para Bluetooth se conectam e se comunicam sem fio por meio de dispositivos de curto alcance, conhecidos como Piconets. Os dispositivos Bluetooth existem em pequenas configurações ad-hoc com a capacidade de atuar como mestre ou escravo, a especificação permite um mecanismo paramaster e slavepara mudar seus papéis. A configuração ponto a ponto com um mestre e um escravo é a configuração mais simples.
Quando mais de dois dispositivos Bluetooth se comunicam, isso é chamado de PICONET. Um Piconet pode conter até sete escravos agrupados em torno de um único mestre. O dispositivo que inicializa o estabelecimento do Piconet torna-se omaster.
O mestre é responsável pelo controle de transmissão, dividindo a rede em uma série de intervalos de tempo entre os membros da rede, como parte de time division multiplexing esquema que é mostrado abaixo.
As características do Piconets são as seguintes -
Dentro de um Piconet, o tempo de vários dispositivos e a sequência de salto de frequência de dispositivos individuais é determinado pelo relógio e exclusivo 48-bit address do mestre.
Cada dispositivo pode se comunicar simultaneamente com até sete outros dispositivos em um único Piconet.
Cada dispositivo pode se comunicar com várias piconets simultaneamente.
As Piconets são estabelecidas de forma dinâmica e automática conforme os dispositivos habilitados para Bluetooth entram e saem das Piconets.
Não há conexão direta entre os escravos e todas as conexões são essencialmente mestre para escravo ou escravo para mestre.
Os escravos têm permissão para transmitir uma vez que tenham sido pesquisados pelo mestre.
A transmissão começa no intervalo de tempo do escravo para o mestre imediatamente após um pacote de polling do mestre.
Um dispositivo pode ser um membro de duas ou mais piconets, saltando de uma piconet para outra ajustando o regime de transmissão - tempo e sequência de salto de frequência ditada pelo dispositivo mestre da segunda piconet.
Pode ser escravo em uma piconet e mestre em outra. No entanto, não pode ser um mestre em mais de uma piconet.
Dispositivos residentes em piconets adjacentes fornecem uma ponte para suportar conexões de piconets internas, permitindo que conjuntos de piconets vinculados formem uma infraestrutura de comunicação fisicamente extensível conhecida como Scatternet.
Espectro
A tecnologia Bluetooth opera na banda industrial, científica e médica não licenciada (ISM) de 2,4 a 2,485 GHZ, usando um sinal full-duplex de salto de espectro espalhado a uma taxa nominal de 1600 saltos / s. a banda ISM de 2,4 GHZ está disponível e não é licenciada na maioria dos países.
Alcance
O alcance de operação do Bluetooth depende do dispositivo. Rádios Classe 3 têm alcance de até 1 metro ou 3 pés. Rádios Classe 2 são mais comumente encontrados em dispositivos móveis e têm alcance de 10 metros ou 30 pés. Rádios Classe 1 são usados principalmente em casos de uso industrial têm um alcance de 100 metros ou 300 pés.
Taxa de dados
Bluetooth suporta taxa de dados de 1 Mbps para a versão 1.2 e taxa de dados de 3 Mbps para a versão 2.0 combinada com Taxa de dados de erro.
O advento da Internet causou uma mudança revolucionária no uso de computadores e na busca de informações. A Internet afetou a forma tradicional de troca de informações e agora quase todas as cidades, todas as cidades e todas as ruas têm acesso à Internet.
Casas, escolas e empresas se conectam à Internet hoje usando uma variedade de métodos diferentes. Um método, o serviço de Internet sem fio, fornece acesso à Internet aos clientes sem a necessidade de cobre subterrâneo, fibra ou outras formas de cabeamento de rede comercial. Comparada aos serviços com fio mais estabelecidos, como DSL e Internet a cabo, a tecnologia sem fio traz conveniência e mobilidade adicionais às redes de computadores.
As seções a seguir descrevem cada tipo popular de serviço de Internet sem fio disponível.
Internet via satélite
Introduzido em meados dos anos 90, o satélite tornou-se o primeiro serviço de Internet sem fio para o consumidor principal. Em comparação com outras formas de serviço de Internet sem fio, o satélite tem a vantagem deavailability. Exigindo apenas um pequenodish antenna, satellite modem e plano de assinatura, o satélite funciona em quase todas as áreas rurais não atendidas por outras tecnologias.
No entanto, o satélite também oferece Internet sem fio de desempenho relativamente baixo. Satélite sofre dehigh latency(atrasos) conexões devido aos sinais de longa distância devem viajar entre a Terra e as estações orbitais. O satélite também suporta quantidades relativamente modestas de largura de banda de rede.
Redes Wi-Fi públicas
Alguns municípios construíram seu serviço público de Internet sem fio usando Wi-Fitecnologia. Estes assim chamadosmesh networksjunte vários pontos de acesso sem fio para abranger grandes áreas urbanas. Os pontos de acesso Wi-Fi individuais também fornecem serviço público de Internet sem fio em locais selecionados.
O Wi-Fi é uma opção de baixo custo em relação a outras formas de serviço de Internet sem fio. O equipamento é barato (muitos computadores mais novos têm o hardware necessário integrado) e os pontos de acesso Wi-Fi permanecem gratuitos em alguns locais.
Banda larga sem fio fixa
O wireless fixo é um tipo de banda larga que utiliza antenas montadas apontadas para torres de transmissão de rádio.
Banda larga móvel
Os telefones celulares já existem há décadas, mas apenas recentemente as redes celulares evoluíram para se tornar uma forma dominante de serviço de Internet sem fio. Com um adaptador de rede celular instalado ou conectando um telefone celular a um laptop,Internet connectivitypode ser mantido em qualquer área com cobertura de torre de celular. O serviço de banda larga móvel não funcionará sem uma assinatura de dados de Internet de algum provedor.
As redes com fio clássicas deram origem a uma série de protocolos de aplicação, como TELNET, FTP e SMTP. A arquitetura do protocolo de aplicativo sem fio (WAP) visa preencher a lacuna, no nível do aplicativo, entre os usuários sem fio e os serviços oferecidos a eles.
Internet sem fio
Internet sem fio refere-se à extensão dos serviços oferecidos pela Internet aos usuários móveis, permitindo-lhes access information e dataindependentemente da sua localização. Os problemas inerentes associados ao domínio sem fio, a mobilidade dos nós e o design dos protocolos existentes usados na Internet, exigem várias soluções para tornar a Internet sem fio uma realidade.
As principais questões que devem ser consideradas para a Internet sem fio são as seguintes -
- Mobilidade de endereço
- Ineficiência dos protocolos da camada de transporte e
- Ineficiência dos protocolos da camada de aplicação
Mobilidade de Endereço
O protocolo da camada de rede usado na Internet é o Internet Protocol (IP), que foi projetado para redes com fio com nós fixos. O IP emprega um endereçamento hierárquico com um endereço globalmente exclusivo de 32 bits que tem duas partesNetwork identifier e Host identifier.
O identificador de rede refere-se ao subnet addressao qual o host está conectado. O esquema de endereçamento foi usado para reduzir o tamanho da tabela de roteamento nos roteadores centrais da Internet, que usa apenas a parte da rede do endereço IP para tomar decisões de roteamento.
Este esquema de endereçamento pode não funcionar diretamente na extensão sem fio da Internet, pois os hosts móveis podem se mover de um subnet para outro, mas os pacotes endereçados ao host móvel podem ser entregues à sub-rede antiga à qual o nó foi originalmente conectado.
Ineficiência dos protocolos da camada de transporte
A camada de transporte é muito importante na Internet e garante a configuração e manutenção end-to-end connections, confiável end-to-end delivery de pacotes de dados, flow control e congestion control. TCP é o protocolo de camada de transporte predominante para redes com fio, emboraUDP, um protocolo de camada de transporte não confiável sem conexão é usado por certos aplicativos.
A Internet sem fio requer operação eficiente dos protocolos da camada de transporte, pois o meio sem fio é inerentemente não confiável devido às suas características variáveis de tempo e dependentes do ambiente. O TCP tradicional invoca umcongestion control algorithmpara lidar com o congestionamento nas redes. Se um pacote de dados ou um pacote ACK for perdido, o TCP assume que oloss is due to congestion e reduz o tamanho da janela de congestionamento pela metade.
Com cada perda de pacote sucessiva, o congestion window is reducede, portanto, o TCP fornece um desempenho degradado em links sem fio. Mesmo em situações em que a perda de pacotes é causada porlink error ou collision, o TCP invoca o algoritmo de controle de congestionamento, levando a um rendimento muito baixo.
A identificação da causa real que levou à perda de pacotes é importante para melhorar o desempenho do TCP em links sem fio. Algumas das soluções para os problemas da camada de transporte incluem -
- TCP indireto (ITCP)
- Snoop TCP e
- TCP móvel
Ineficiência dos protocolos da camada de aplicativo
Protocolos de camada de aplicativo tradicionais usados na Internet, como HTTP, TELNET, Protocolo de transferência de correio simples (SMTP) e várias linguagens de marcação, como HTMLforam projetados e otimizados para redes cabeadas. Muitos desses protocolos não são muito eficientes quando usados com links sem fio.
Os principais problemas que impedem o HTTP de ser usado na Internet sem fio são sua operação sem estado, alta sobrecarga devido à codificação de caracteres, informações redundantes transportadas nas solicitações HTTP e abertura de um new TCP connection com cada transação.
Os recursos dos dispositivos portáteis são limitados, dificultando o manuseio de protocolos de aplicativos caros em termos de computação e largura de banda. Protocolo de aplicação sem fio (WAP) e otimizações sobre HTTP tradicional são algumas das soluções para os problemas da camada de aplicativo.
WAP significa Wireless Application Protocol. WAP representa um conjunto de protocolos em vez de um único protocolo. O WAP visa integrar um navegador simples e leve também conhecido como micro-navegador em dispositivos portáteis, exigindo assim quantidades mínimas de recursos, comomemory e CPU nesses dispositivos.
O WAP tenta compensar as deficiências dos dispositivos portáteis sem fio e do link sem fio, incorporando mais inteligência aos nós da rede, como o routers, web servers, e BSs.
Os objetivos principais do conjunto de protocolos WAP são os seguintes.
- Independência dos padrões de rede sem fio
- Interoperabilidade entre prestadores de serviços
- Superando as deficiências do meio sem fio
- Superando as desvantagens dos dispositivos portáteis
- Aumento da eficiência e confiabilidade
- Fornecendo segurança, escalabilidade e extensibilidade
O modelo WAP
O WAP adota uma abordagem cliente-servidor. Ele especifica um servidor proxy que atua como uma interface entre o domínio sem fio e a rede principal com fio. Este servidor proxy, também conhecido comoWAP gateway, é responsável por uma ampla variedade de funções, como tradução de protocolo e otimização da transferência de dados no meio sem fio.
As partes da rede sem fio consistem em -
- Provedor de conteúdo (aplicativo ou servidor de origem)
- Dispositivo móvel (cliente WAP)
- Gateway WAP
- Proxy WAP
A arquitetura WAP foi projetada para acompanhar de perto a web. A única diferença é a presença do gateway WAP está traduzindo entre HTTP e WAP.
Cliente WAP
As três seções a serem mencionadas em relação ao cliente WAP são o agente do usuário WAE, o agente do usuário WTA e a pilha WAP.
WAE user agent - O agente do usuário do ambiente de aplicativo sem fio é o navegador que renderiza o conteúdo para exibição.
WTA user agent - O agente de aplicativo de telefonia sem fio recebe arquivos WTA compilados do servidor WTA e os executa.
WAP stack - A pilha WAP permite que o telefone se conecte ao gateway WAP usando os protocolos WAP.
Servidor de aplicação
O elemento na rede onde residem os aplicativos de informação (web, WAP) são o proxy WAP, o gateway WAP ou o servidor WAP -
Proxy- Este é um elemento intermediário que atua como cliente e como servidor na rede e está localizado entre o cliente e o servidor. O cliente envia solicitações a ele e ele recupera e armazena em cache as informações necessárias entrando em contato com o servidor de origem.
Gateway - Este é um elemento intermediário geralmente usado para conectar dois tipos diferentes de redes.
O Gateway WAP é basicamente um software colocado entre uma rede que suporta WAP and IP packet network como a Internet.
A pilha de protocolo WAP
A pilha do protocolo WAP é mostrada na figura a seguir -
Camada de aplicação
A camada de aplicativo fornece um ambiente de aplicativo destinado ao desenvolvimento e execução de aplicativos e serviços portáteis. WAE consiste em dois agentes de usuário diferentes localizados no lado do cliente.
O agente do usuário WAE consiste no navegador e no editor de mensagens de texto junto com o agente do usuário WTA.
Camada de Sessão
A camada de sessão fornece métodos para a troca organizada de conteúdo entre aplicativos de Cliente / Serviço.
WAP contém os seguintes componentes -
Connection Oriented Session Services - Operam na ETA.
Connectionless Session Services - Eles operam diretamente no WDP.
Session services - Estas funcionalidades ajudam a estabelecer uma conexão entre um cliente e um servidor usando mensagens primitivas.
Primitives messagessão definidos como mensagens que o cliente envia ao servidor para solicitar um serviço. O cliente envia primitivas de solicitação e recebe primitivas de confirmação e o servidor pode enviar primitivas de resposta e receber primitivas de indicação.
O serviço de sessão sem conexão fornece apenas serviço não confirmado. Para iniciar a sessão, o cliente invoca primitivas WSP que fornecem alguns parâmetros, como endereço do servidor, endereço do cliente e cabeçalhos do cliente. Em alguns aspectos, o WSP é basicamente uma forma binária de HTTP.
Camada de transação
Fornece diferentes métodos para realizar transações em vários graus de confiabilidade.
Camada de Segurança
Camada opcional que fornece, quando há autenticação, privacidade e conexão segura, entre aplicativos. É baseado emSSL (Secure Socket Layer). Fornece serviços que garantem privacidade, autenticação de servidor, autenticação de cliente e integridade de dados.
Uma sessão SSL padrão é aberta entre o servidor web e o gateway WAP, e a sessão WTLS é inicializada entre o gateway e a mobile device. O conteúdo criptografado é enviado por meio dessa conexão do servidor para o gateway, que o traduz e envia para o celular. A transação entreSSL e WTLS ocorre na memória do gateway WAP.
Camada de transporte
Esta é a camada inferior, conectada com o serviço de suporte oferecido pela operadora. Os serviços de suporte são a comunicação entre o telefone móvel e as estações base. Eles incluemSMS, CSD, USSD, GSM, GPRS, DECT, CDMA, FDMA, e TDMA.
A camada física prepara os dados a serem enviados do dispositivo móvel pelos serviços aéreos e os envia usando o serviço de suporte implementado na rede em que o dispositivo está operando. WDPtem uma interface com várias redes de portadora, portanto, deve ter uma implementação específica de portadora. WDP é a única camada que deve ser reescrita para oferecer suporte a diferentes redes portadoras. A camada WTP implementa um simplesrequest-response transaction protocolo orientado em vez do mecanismo de conexão de handshake de três vias.
Um satélite é um objeto que gira em torno de outro objeto. Por exemplo, a Terra é um satélite do Sol e a Lua é um satélite da Terra.
UMA communication satellite é um microwave repeater stationem um espaço que é utilizado para sinais de telecomunicações, rádio e televisão. Um satélite de comunicação processa os dados provenientes de uma estação terrestre e converte os dados em outra forma e os envia para a segunda estação terrestre.
Como funciona um satélite
Duas estações na Terra desejam se comunicar por meio de transmissão de rádio, mas estão muito distantes para usar os meios convencionais. As duas estações podem usar uma estação retransmissora para sua comunicação. Uma estação terrestre transmite o sinal para o satélite.
Uplink frequencyé a frequência com que a estação terrestre está se comunicando com o satélite. O transponder do satélite converte o sinal e o envia para a segunda estação terrestre, e isso é chamadoDownlink frequency. A segunda estação terrestre também se comunica com a primeira da mesma maneira.
Vantagens do satélite
As vantagens das comunicações por satélite são as seguintes -
- A área de cobertura é muito elevada do que a dos sistemas terrestres.
- O custo de transmissão é independente da área de cobertura.
- Larguras de banda maiores são possíveis.
Desvantagens do satélite
As desvantagens das comunicações por satélite são as seguintes -
- Lançar satélites em órbitas é um processo caro.
- As larguras de banda são gradualmente usadas.
- Atraso de propagação alto para sistemas de satélite do que os sistemas terrestres convencionais.
Noções básicas de comunicação via satélite
O processo de comunicação por satélite começa em um earth station. Aqui, uma instalação é projetada para transmitir e receber sinais de um satélite em órbita ao redor da Terra. As estações terrestres enviam informações aos satélites na forma de sinais de alta potência e alta frequência (faixa de GHz).
Os satélites receive e retransmit os sinais de volta à terra, onde são recebidos por outras estações terrenas na área de cobertura do satélite. Satellite's footprint é a área que recebe um sinal de força útil do satélite.
O sistema de transmissão da estação terrestre para o satélite por meio de um canal é chamado de uplink. O sistema do satélite para a estação terrestre através do canal é chamado dedownlink.
Bandas de freqüência de satélite
As bandas de frequência de satélite comumente usadas para comunicação são as Cband, Ku-band, e Ka-band. Banda C e banda Ku são os espectros de frequência comumente usados pelos satélites de hoje.
É importante notar que existe uma relação inversa entre a frequência e o comprimento de onda, ou seja, quando a frequência aumenta, o comprimento de onda diminui, isso ajuda a compreender a relação entre antenna diameter e transmission frequency. Antenas maiores (antenas parabólicas) são necessárias para captar o sinal com comprimento de onda crescente.
Órbitas terrestres
Um satélite, quando lançado ao espaço, precisa ser colocado em determinada órbita para fornecer um caminho particular para sua revolução, de modo a manter a acessibilidade e servir ao seu propósito seja científico, militar ou comercial. Essas órbitas que são atribuídas a satélites, em relação à terra, são chamadas deEarth Orbits. Os satélites nessas órbitas são Satélites da Órbita Terrestre.
Os tipos importantes de órbitas terrestres são -
- Órbita terrestre geo-síncrona
- Órbita Terrestre Geo-estacionária
- Órbita Terrestre Média
- Órbita terrestre baixa
Satélites de órbita terrestre geo-síncrona (GEO)
Um satélite em órbita terrestre geo-síncrona é aquele colocado a uma altitude de 22.300 milhas acima da Terra. Esta órbita é sincronizada com umside real day(ou seja, 23 horas e 56 minutos). Esta órbita podehave inclination and eccentricity. Pode não ser circular. Esta órbita pode ser inclinada nos pólos da Terra. Mas parece estacionário quando observado da Terra.
A mesma órbita geo-síncrona, se for circulare no plano do equador, é chamada de órbita geoestacionária. Esses satélites são colocados a 35.900kms (o mesmo que geossíncrono) acima do Equador da Terra e continuam girando em relação à direção da Terra (oeste para leste). Esses satélites são consideradosstationary com respeito à terra e, portanto, o nome indica.
Os satélites de órbita terrestre geo-estacionária são usados para previsão do tempo, TV por satélite, rádio por satélite e outros tipos de comunicações globais.
A figura acima mostra a diferença entre as órbitas geo-síncronas e geoestacionárias. O eixo de rotação indica o movimento da Terra.
O principal ponto a ser observado aqui é que toda órbita geo-estacionária é uma órbita geo-síncrona. Mas toda órbita geo-síncrona NÃO é uma órbita geoestacionária.
Satélites de Órbita Terrestre Média (MEO)
As redes de satélite de órbita terrestre média (MEO) orbitarão a distâncias de cerca de 8.000 milhas da superfície da Terra. Os sinais transmitidos por um satélite MEO percorrem uma distância mais curta. Isso se traduz em maior intensidade do sinal na extremidade receptora. Isso mostra que terminais de recepção menores e mais leves podem ser usados na extremidade de recepção.
Como o sinal está viajando por uma distância menor de e para o satélite, há menos atraso na transmissão. Transmission delay pode ser definido como o tempo que leva para um sinal viajar até um satélite e voltar para uma estação receptora.
Para comunicações em tempo real, quanto menor o atraso de transmissão, melhor será o sistema de comunicação. Por exemplo, se um satélite GEO requer 0,25 segundos para uma viagem de ida e volta, o satélite MEO requer menos de 0,1 segundos para completar a mesma viagem. MEOs opera na faixa de frequência de 2 GHz e acima.
Satélites de baixa órbita terrestre (LEO)
Os satélites LEO são classificados principalmente em três categorias, a saber, pequenos LEOs, grandes LEOs e Mega-LEOs. LEOs orbitarão a uma distância de 500 a 1000 milhas acima da superfície da Terra.
Esta distância relativamente curta reduz o atraso de transmissão para apenas 0,05 segundos. Isso reduz ainda mais a necessidade de equipamentos de recepção sensíveis e volumosos. Os pequenos LEOs operarão na faixa de 800 MHz (0,8 GHz). Os Big LEOs operam na faixa de 2 GHz ou acima e os Mega-LEOs operam na faixa de 20-30 GHz.
As frequências mais altas associadas a Mega-LEOs se traduz em mais capacidade de transporte de informações e rende a capacidade de esquema de transmissão de vídeo em tempo real com baixo atraso.
Plataformas de alta altitude e longa resistência (HALE)
As plataformas experimentais HALE são basicamente aviões leves e altamente eficientes que transportam equipamentos de comunicação. Isso funcionará comovery low earth orbit geosynchronous satellites.
Essas embarcações serão movidas por uma combinação de bateria e energia solar ou motores de turbina de alta eficiência. As plataformas HALE oferecerãotransmission delays of less than 0.001 seconds a uma altitude de apenas 70.000 pés, e até mesmo better signal strength para dispositivos de recepção portáteis muito leves.
Slots orbitais
Aqui pode surgir uma questão que com mais de 200 satelliteslá em cima na órbita geossíncrona, como os impedimos de se chocarem ou de tentarem usar o mesmo local no espaço? Para responder a este problema, órgãos reguladores internacionais como a União Internacional de Telecomunicações (ITU) e organizações governamentais nacionais como a Federal Communications Commission (FCC) designam os locais na órbita geossíncrona onde os satélites de comunicação podem estar localizados.
Esses locais são especificados em graus de longitude e são chamados de orbital slots. A FCC e a ITU reduziram progressivamente o espaçamento necessário para apenas 2 graus para satélites de banda C e Ku, devido à enorme demanda por slots orbitais.