Entenda os principais padrões IEEE 802.11

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Sem dúvida alguma uma das maiores revoluções da Era da Internet foi a popularização do WI-FI. Se antes somente era possível interconectar computadores por meio de cabos, hoje os usuários não encontram mais barreiras e podem usar e compartilhar a rede de dados em qualquer lugar. E o que é melhor: sem nenhum fio e com transmissão de dados através de radiofrequência. O uso deste tipo de rede é usado em casa e nas empresas, mas também em locais públicos. 

Portanto, a indústria da tecnologia sempre buscou implementar uma rede sem fio. E isso não foi nada simples: a falta de padronização de normas e especificações era um dos principais problemas, pois existiam muitos grupos de pesquisa que apresentavam propostas bem diferente uma das outras. A solução foi colocar a frase “a união faz a força” em prática. Gigantes como 3Com, Nokia, Alcatel-Lucent e Symbol Technologies (adquirida pela Motorola) criaram, no ano de 1999, um grupo capaz de discutir o tema: o Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), que passou a se chamar Wi-Fi Alliance em 2003. Hoje, o número de empresas que faz parte do consórcio chega a 300. Em tempo: o termo Wi-Fi quer dizer um conjunto de especificações para redes locais sem fio (WLAN – Wireless Local Area Network) baseada no padrão IEEE 802.11. O nome “Wi-Fi” é como uma abreviatura do termo inglês “Wireless Fidelity“, embora isso nunca tenha sido confirmado.

Desta forma, a WECA passou a trabalhar com as especificações IEEE 802.11 que, na verdade, não são muito diferentes das especificações IEEE 802.3. Este último conjunto é conhecido pelo nome Ethernet e consiste na maioria das tradicionais redes com fio. Essencialmente, o que muda de um padrão para o outro são suas características de conexão: um tipo funciona com cabos, o outro, por radiofrequência. A vantagem é que não foi necessária a criação de nenhum protocolo específico para a comunicação de redes sem fios baseada nesta tecnologia. Com isso, é possível contar com redes que utilizam ambos os padrões.

Abaixo, segue uma lista com as principais diferenças entre padrões de rede sem fio como 802.11b, 802.11g, 802.11n e 802.11ac.

A tecnologia é baseada no padrão IEEE 802.11, no entanto, isso não quer dizer que todo produto que trabalhe com estas especificações seja também Wi-Fi. Para que um produto receba um selo com esta marca, é necessário que ele seja avaliado e certificado pela Wi-Fi Alliance. Esta é uma maneira de garantir ao usuário que os produtos com o selo Wi-Fi Certified seguem normas de funcionalidade que garantem a interoperabilidade com outros equipamentos. Logo, isso não significa que dispositivos que não possuem o selo não funcionarão com aparelhos que o tenham. Assim, considerando que toda a base do Wi-Fi está no padrão 802.11, as próximas linhas darão explicações sobre este último como se ambos fossem uma coisa só (e, para fins práticos, são mesmo!).

O padrão 802.11 estabelece normas para a criação e o uso de redes sem fio. A transmissão deste tipo é feita por sinais de radiofrequência, que se propagam pelo ar e podem cobrir áreas por centenas de metros. Como existem inúmeros serviços que podem utilizar sinais de rádio, é necessário que cada um opere de acordo com as exigências estabelecidas pelo governo de cada país para evitar interferências na sua transmissão. Mesmo assim, existem segmentos de frequência que podem ser usados sem necessidade de aprovação de entidades governamentais: um exemplo são as faixas ISM (Industrial, Scientific and Medical), que podem operar, entre outros, com os seguintes intervalos: 902 MHz – 928 MHz; 2,4 GHz – 2,485 GHz e 5,15 GHz – 5,825 GHz (dependendo do país, esses limites podem sofrer variações). Como será explicado posteriormente, são justamente estas duas últimas faixas que o Wi-Fi utiliza. Mas vale destacar que esta característica pode variar conforme a versão do padrão 802.11.

SSID (Service Set Identifier)

Antes de conhecer as versões mais importantes do 802.11,saiba que,  para uma rede deste tipo ser estabelecida, é necessário que os dispositivos (também chamados de STA – de “station“) se conectem a aparelhos que forneçam o acesso. Eles são genericamente denominados Access Point (AP). Quando um ou mais STAs se conectam a um AP, cria-se, portanto, uma rede, que é denominada Basic Service Set (BSS).

Por questões de segurança e pela possibilidade de haver mais de um BSS num local, é importante que cada um receba uma identificação denominada Service Set Identifier (SSID), um conjunto de caracteres que, após definido, é inserido no cabeçalho de cada pacote de dados da rede. Resumindo: o SSID nada mais é do que o nome dado a cada rede sem fio.

802.11 (“original”)

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

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

802.11b

No ano de 1999 foi lançada uma atualização do padrão 802.11 que recebeu o nome 802.11b. A principal característica dele é a possibilidade de estabelecer conexões nas seguintes velocidades de transmissão: 1 Mb/s, 2 Mb/s, 5,5 Mb/s e 11 Mb/s. O intervalo de frequências é o mesmo utilizado pelo 802.11 original (entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz), mas a técnica de transmissão se limita ao DSSS, justamente porque o FHSS acaba não atendendo às normas estabelecidas pela Federal Communications Commission (FCC) quando operada em transmissões com taxas superiores a 2 Mb/s. Para trabalhar de maneira efetiva com as velocidades de 5.5 Mb/s e 11 Mb/s, o 802.11b também utiliza uma técnica chamada Complementary Code Keying (CCK).

A área de cobertura de uma transmissão 802.11b pode chegar a 400 metros em ambientes abertos e a uma faixa de 50 metros em fechados – vale para escritórios e residências. Mesmo assim, o alcance da transmissão pode sofrer influência de vários fatores, tais como objetos que causam interferência ou impedem a propagação da transmissão a partir do ponto em que estão localizados. Para manter a transmissão o mais estável possível, o padrão 802.11b pode fazer com que a taxa de transmissão de dados diminua até chegar ao seu limite mínimo (1 Mb/s) à medida que uma estação fica mais longe do ponto de acesso. O contrário também ocorre: quanto mais perto do ponto de acesso, maior pode ser a velocidade de transmissão.

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

802.11a

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

Recentemente, muitos têm optado por esta frequência por apresentar menos possibilidades de interferência. A única questão é que muitos países não possuem regulamento para esta frequência. Além disso, esta característica pode fazer com que haja dificuldade de comunicação com dispositivos que operam nos padrões 802.11 original e 802.11b.

Um detalhe importante é que em vez de utilizar DSSS ou FHSS, o padrão 802.11a faz uso de uma técnica conhecida como Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Nela, a informação trafegada é dividida em pequenos conjuntos de dados que são transmitidos simultaneamente em frequências variadas. Assim, elas são utilizadas para impedir que uma interfira na outra, fazendo com que a técnica OFDM funcione em total conformidade. Apesar de oferecer taxas de transmissão maiores, o padrão 802.11a não chegou a ser tão popular quanto o padrão 802.11b.

802.11g

O padrão 802.11g surgiu no ano de 2003 e ganhou o título de sucessor da versão 802.11b, principalmente pela compatibilidade entre ambos, o que significa que um dispositivo que opera com 802.11g pode coexistir com outro que trabalha com 802.11b. A única exceção é que a taxa de transmissão de dados é limitada ao máximo suportado por este último. O padrão 802.11g trabalha com taxas de transmissão de até 54 Mb/s, assim como acontece com o 802.11a. Mas ao contrário desta versão, o 802.11g opera com frequências na faixa de 2,4 GHz (canais de 20 MHz) e possui praticamente o mesmo poder de cobertura do seu antecessor. A técnica de transmissão utilizada nesta versão também é o OFDM mas, quando é feita uma comunicação com um dispositivo 802.11b, a técnica de transmissão passa a ser o DSSS.

802.11n

O desenvolvimento da especificação 802.11n começou em 2004 e terminou em 2009. Sua principal característica é o uso de um esquema chamado Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), que aumenta as taxas de transferência de dados através da combinação antenas. Assim, é possível até quatro emissores e receptores para o funcionamento da rede. Uma das configurações mais comuns neste caso é o uso de APs que utilizam três antenas (três vias de transmissão) e STAs com a mesma quantidade de receptores. O resultado: o padrão 802.11n é capaz de fazer transmissões na faixa de 300 Mb/s e pode atingir taxas de até 600 Mb/s. No modo de transmissão mais simples, com uma via de transmissão, o 802.11n pode chegar à casa dos 150 Mb/s. Em relação à sua frequência, o padrão 802.11n pode trabalhar com as faixas de 2,4 GHz e 5 GHz, o que o torna compatível com os padrões anteriores, inclusive com o 802.11a. Cada canal dentro dessas faixas possui, por padrão, largura de 40 MHz. Sua técnica de transmissão padrão é o OFDM, mas com determinadas alterações, devido ao uso do esquema MIMO, sendo, por isso, chamado de MIMO-OFDM. Alguns estudos apontam que sua área de cobertura pode passar de 400 metros.

802.11ac

O sucessor do 802.11n é o padrão 802.11ac, cujas especificações foram desenvolvidas entre os anos de 2011 e 2013, tendo sua aprovação final de suas características pelo IEEE somente em 2015. A principal vantagem do 802.11ac está em sua velocidade, estimada em até 433 Mb/s no modo mais simples. Mas é possível fazer a rede superar a casa dos 6 Gb/s de maneira mais avançada através de múltiplas antenas – no máximo, oito. A tendência é que a indústria priorize equipamentos com uso de até três antenas, fazendo a velocidade máxima ser de aproximadamente 1,3 Gb/s. Também chamada de 5G WiFi, o 802.11ac trabalha na frequência de 5 GHz, sendo que, dentro desta faixa, cada canal pode ter, por padrão, largura de 80 MHz (160 MHz como opcional).

O 802.11ac possui também técnicas mais avançadas de modulação – trabalha com o esquema MU-MUMO (Multi-User MIMO), que permite transmissão e recepção de sinal de vários terminais. Eles trabalham na mesma frequência de forma colaborativa. Outro método de transmissão chamado Beamforming (também conhecido como TxBF) é usado no padrão 802.11n portanto, é opcional. Esta tecnologia permite que o aparelho transmissor avalie a comunicação com um dispositivo cliente para otimizar a transmissão em sua direção.

Outros padrões 802.11

O padrão IEEE 802.11 terá, ainda, outras versões além das que não se tornaram populares. E os motivos para isso são muitos: um deles é o padrão 802.11d, que é aplicado apenas em alguns países onde, por algum motivo, não é possível utilizar outros padrões estabelecidos. Outro exemplo é o padrão 802.11e, onde o foco é o QoS (Quality of Service) das transmissões, ou seja, a qualidade do serviço. Isso torna esse padrão ideal para aplicações que são prejudicadas por ruídos. Há também o padrão 802.11f, que trabalha com um esquema conhecido como handoff que faz com que determinado dispositivo se desconecte de um AP (Access Point – ponto de acesso) de sinal fraco e se conecte em outro, de sinal mais forte, dentro da mesma rede. O problema é que alguns fatores podem fazer com que esse procedimento não ocorra da maneira devida, causando transtornos ao usuário. As especificações 802.11f (também conhecido como Inter-Access Point Protocol) fazem com que haja melhor interoperabilidade entre os APs para diminuir estes problemas.

Também merece destaque o padrão 802.11h. Na verdade, este nada mais é do que uma versão do 802.11a que conta com recursos de alteração de frequência e controle do sinal. Isso porque a frequência de 5 GHz (usada pelo 802.11a) é aplicada em diversos sistemas na Europa.

Thiago C. Póvoa

Formado em Gestão da Tecnologia da Informação. Busca, através do blog, colaborar com profissionais da área, compartilhando conhecimento. Iniciou sua carreira em um provedor de internet, especialista em serviços de telecomunicações, onde obteve bastante experiência em Administração de Redes.