Tecnologia em Redes de    Computadores Tópicos Avançados em Redes         – RED008 –  Parte 5: Nível Físico IEEE 802.11   ...
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Espalhamento Espectral●   Hedy Lamarr    –   Atriz austríaca    –   Desenvolveu junto com seu marido a           primeira ...
Espalhamento Espectral●   No padrão IEEE 802.11    –   1997         ●   Primeiro padrão         ●   FHSS – Frequency Hoppi...
Espalhamento Espectral●   FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)    –   Divisão entre canais de frequência e fatias de  ...
Espalhamento Espectral●   FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
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Espalhamento Espectral●   FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)    –   Evita interferências não FHSS
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Espalhamento Espectral●   DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)    –   emite o sinal em uma grande faixa de frequência   ...
Espalhamento Espectral●   DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
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Espalhamento Espectral●   DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)    –   utiliza sequência de barker para representar os bi...
Espalhamento Espectral●   DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)    –   divide a banda em 14 canais de 5 MHz    –   utiliz...
Espalhamento Espectral●   DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)    –   Alterações de fase para transmitir 1 Mbps
Espalhamento Espectral●   DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)    –   Alterações de fase para transmitir 2 Mbps
Espalhamento Espectral●   HR–DSSS (High Rate DSSS)    –   utiliza a mesma estrutura do DSSS    –   DQPSK em conjunto com C...
Espalhamento Espectral●   HR–DSSS (High Rate DSSS)    –   CCK - Complementary Code Keying    –   cabeçalho é enviado a 2Mb...
Espalhamento Espectral●   HR–DSSS (High Rate DSSS)    –   Alterações de fase para 5.5 Mbps    –   Primeira parte, definiçã...
Espalhamento Espectral●   HR–DSSS (High Rate DSSS)    –   Alterações de fase para 5.5 Mbps    –   Análise dos dois últimos...
Espalhamento Espectral●   HR–DSSS (High Rate DSSS)    –   alteração de fase para 11 Mbps (todos os 8 bits)    –   8 bits e...
Espalhamento Espectral●   OFDM (Orthogonal Frequency Division     Multiplexing)    –   tamanho de canal: 20 MHz    –   div...
Espalhamento Espectral●   OFDM (Orthogonal Frequency Division     Multiplexing)
Espalhamento Espectral●   OFDM (Orthogonal Frequency Division     Multiplexing)
Espalhamento Espectral●   OFDM (Orthogonal Frequency Division     Multiplexing)    –   Taxa de 250.000 símbolos/segundo
Espalhamento Espectral●   OFDM (Orthogonal Frequency Division     Multiplexing)Ex:QAM-64 = 6 bits por símbolo6 bits por sí...
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MIMO●   MIMO (Multiple Input / Multiple Output)    –   Lidando com multicaminho:
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MIMO●   MIMO (Multiple Input / Multiple Output)    –   Lidando com multicaminho:                           Ao somar-se as ...
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MIMO●   MIMO (Multiple Input / Multiple Output)    –   Comparativo de velocidade             Fonte: http://80211n.com
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Aula 5 - Redes sem fios - Nível Físico

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  1. 1. Tecnologia em Redes de Computadores Tópicos Avançados em Redes – RED008 – Parte 5: Nível Físico IEEE 802.11 Professor: André Peres andre.peres@poa.ifrs.edu.br Instituto Federal do Rio Grande do Sul - IFRS Porto Alegre
  2. 2. Espalhamento Espectral● Espalhamento Espectral (spread spectrum) – Evitar interferências entre dispositivos que utilizam a mesma frequência – Aproveitar melhor os canais de frequência● Funcionamento – “Espalhamento” das ondas em um canal de frequência
  3. 3. Espalhamento Espectral● Hedy Lamarr – Atriz austríaca – Desenvolveu junto com seu marido a primeira forma de spread spectrum
  4. 4. Espalhamento Espectral● No padrão IEEE 802.11 – 1997 ● Primeiro padrão ● FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum ● DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum – 1999 ● HR-DSSS – High Rate DSSS (802.11b) ● OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing (802.11a e 802.11g) – Obs. ● O padrão IEEE 802.11n utiliza OFDM
  5. 5. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – Divisão entre canais de frequência e fatias de tempo – Alterações rápidas entre canais de frequência – Saltos pré-determinados (pseudo-aleatórios) – Sincronização transmissor → receptor – Redes múltiplas no mesmo “canal"
  6. 6. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
  7. 7. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – divide o canal em micro-canais de 1 Mhz – 95 canais - 2.401 GHz; 2.402 GHz; ... ; 2.495 GHz – as fatias de tempo são de aproximadamente 0.4seg. (dwell time) – os saltos não podem durar mais que 224 micro-segundos – os saltos são padronizados e a sequência é transmitida nos quadros beacon – Ex: padrão 1 EUA { 3, 26, 65, 11, 46, 19, 74, 50, 22, ... }
  8. 8. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – Evita interferências não FHSS
  9. 9. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – utiliza modulação GFSK - Gaussian Frequency Shift Keying (frequência) – com modulação de 2 níveis a 1MHz = 1Mbps – com modulação de 4 níveis a 1MHz = 2Mbps – total de comunicações simultâneas = 26 – 26 x 2Mbps = 52 Mbps
  10. 10. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – Ex: placa IEEE 802.11 Data Rate: 2 Mbps w/ 1 Mbps fallback Operating Frequency Range: 2.4-2.4835 GHz Receive Sensitivity:1 Mbps: -85dBm; 2Mbps: -80dBm Wireless Medium: Frequency Hopping Spread Spectrum Radio Wireless LAN Topologies: Peer-to-Peer or Access Point RF Network Standard: Enhanced IEEE 802.11
  11. 11. Espalhamento Espectral● FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
  12. 12. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – emite o sinal em uma grande faixa de frequência – divide a potência (amplitude) do sinal nesta faixa – o receptor procura alterações que ocorrem por toda a faixa de frequência (diferenciando sinal/ruído) – para outros equipamentos o sinal DSSS é ruído – necessita de maior potência (maior consumo)
  13. 13. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
  14. 14. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
  15. 15. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
  16. 16. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – utiliza sequência de barker para representar os bits (chips) – clock de 11 MHZ representa 11 Mchip/s
  17. 17. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – divide a banda em 14 canais de 5 MHz – utiliza DPSK - Differential Phase Shift Keying (fase) – com modulação de 2 níveis (DBPSK) = 1Mbps – 11 símbolos barker = 1 bit – com modulação de 4 níveis (DQPSK) = 2Mbps – 11 símbolos barker = 2 bits – total de comunicações simultâneas = 3 – 3 x 2Mbps = 6 Mbps
  18. 18. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – Alterações de fase para transmitir 1 Mbps
  19. 19. Espalhamento Espectral● DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – Alterações de fase para transmitir 2 Mbps
  20. 20. Espalhamento Espectral● HR–DSSS (High Rate DSSS) – utiliza a mesma estrutura do DSSS – DQPSK em conjunto com CCK - Complementary Code Keying – 8 símbolos barker = 4 ou 8 bits – taxas de 5.5 ou 11 Mbps – total de comunicações simultâneas = 3 – 3 x 11 Mbps = 33 Mbps
  21. 21. Espalhamento Espectral● HR–DSSS (High Rate DSSS) – CCK - Complementary Code Keying – cabeçalho é enviado a 2Mbps – PSDU enviado a 5.5 ou 11 Mbps – alterações de fase diferentes para símbolos pares e ímpares – o final do cabeçalho define as alterações de fase do PSDU – o primeiro símbolo do PSDU é par
  22. 22. Espalhamento Espectral● HR–DSSS (High Rate DSSS) – Alterações de fase para 5.5 Mbps – Primeira parte, definição de “j” – Análise dos primeiros 2 bits do bloco (d0 e d1)
  23. 23. Espalhamento Espectral● HR–DSSS (High Rate DSSS) – Alterações de fase para 5.5 Mbps – Análise dos dois últimos bits (d2 e d3) – Utilização de “j” para definição dos chips a serem utilizados – 4 bits em 8 chips – 11 Mchips/s → 5.5 Mbps
  24. 24. Espalhamento Espectral● HR–DSSS (High Rate DSSS) – alteração de fase para 11 Mbps (todos os 8 bits) – 8 bits em 8 chips – 2 bits a cada 2 chips em 11Mchip/s = 11 Mbps
  25. 25. Espalhamento Espectral● OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – tamanho de canal: 20 MHz – divide um canal em sub-canais (similar a FDM) – utiliza 52 subcanais (48 de dados e 4 para controle) – transmite dados utilizando todos os canais em paralelo – utiliza canais sobrepostos que não causam interferência mútua
  26. 26. Espalhamento Espectral● OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
  27. 27. Espalhamento Espectral● OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
  28. 28. Espalhamento Espectral● OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – Taxa de 250.000 símbolos/segundo
  29. 29. Espalhamento Espectral● OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)Ex:QAM-64 = 6 bits por símbolo6 bits por símbolo x 48 subcanais = 288 bits por canaldos 288, 216 são dadostaxa de 250000 sinais por segundo (utilizando todos os canais)250000 x 216 = 54Mbps
  30. 30. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Após a definição do OFDM, chegou-se próximo ao limite de espalhamento espectral para a faixa de frequência reservada para 802.11 – Necessidade de novos mecanismos para ganho de vazão de dados – Necessários estudos para novo padrão físico 802.11n
  31. 31. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – A tecnologia MIMO emprega múltiplas antenas para transmissão e recepção – Diversos arranjos podem ser implementados ● 2x2 → duas antenas para transmissão x 2 recepção ● 2x3 → duas antenas para transmissão x 3 recepção ● 3x3 → ... ● 4x4 → … – Motivo de utilização de múltiplas antenas ● Transmissão de fluxos em paralelo ● Aproveitamento de sinal com multicaminho
  32. 32. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Velocidade final: ● 802.11n → 300 Mbps com 2x3 ou 3x3 antenas ● 802.11n → 600 Mbps com 4x4 antenas – Melhorias do 802.11n: ● Ainda utiliza OFDM, porém com 52 subcanais de dados ao invés de 48 ● Aumento do canal de 20Mhz → 40 Mhz ● Diminuição do tempo SIFS (de 800ns para 400ns) ● Transmissão de 2 ou 4 fluxos simultâneos ● Alguns equipamentos suportam 2,4Ghz e 5 Ghz simultaneamente
  33. 33. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – SDM (Space Division Multiplexing) ● Aproveitamento do MIMO ● O fluxo de dados é dividido em partes (spacial stream) ● Cada parte é transmitida utilizando diferentes antenas ● São possíveis até 4 antenas (4x4) → 4 spacial streams ● O número de spacial streams a ser utilizado depende do número de antenas – Respeitando sempre o equipamento com menor nro de antenas – ex: notebook com 2 antenas e AP com 4 antenas → 2 ss
  34. 34. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – SDM (Space Division Multiplexing) ● Beam-forming – Envio de envio de dados para uma antena específica – Objetivo de minimizar interferências ● Diversity – Utilização de mais de uma antena para envio ou recebimento de sinais (2x3, por exemplo) ● Existe um aumento no consumo de energia
  35. 35. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho:
  36. 36. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: O sinal que sai de uma antena se espalha no ambiente
  37. 37. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: Ao refletir em um objeto, pode ocasionar multicaminho
  38. 38. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: O mesmo sinal chega em intervalos de tempo diferentes no destino
  39. 39. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho:
  40. 40. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: Onda defasada
  41. 41. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: Ao somar-se as ondas, uma interfere na outra
  42. 42. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: No MIMO, a defasagem é identificada e “corrigida”
  43. 43. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Lidando com multicaminho: A soma de ondas com multicaminho aumenta a amplitude da onda → melhora o sinal !!!
  44. 44. MIMO● MIMO (Multiple Input / Multiple Output) – Comparativo de velocidade Fonte: http://80211n.com
  45. 45. Espalhamento Espectral● 802.11n

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