Um dos primeiros trabalhos na faculdade

O que é Wi-Fi

Wi-Fi é 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 tido como uma abreviatura do termo inglês "Wireless Fidelity", que significa Fidelidade Sem Fio, embora a Wi-Fi Alliance, entidade responsável principalmente pelo licenciamento de produtos baseados na tecnologia, nunca tenha afirmado tal conclusão. É comum encontrar o nome Wi-Fi escrito como WiFi, Wi-fi ou até mesmo wifi. Todas essas denominações se referem à mesma tecnologia.

Com a tecnologia Wi-Fi, é possível implementar redes que conectam computadores e outros dispositivos compatíveis (telefones celulares, consoles de videogame, impressoras, etc) que estejam próximos geograficamente. Essas redes não exigem o uso de cabos, já que efetuam a transmissão de dados através de radiofreqüência. Esse esquema oferece várias vantagens: permite ao usuário utilizar a rede em qualquer ponto dentro dos limites de alcance da transmissão por não exigir que cada elemento conectado use um cabo, permite a inserção rápida de outros computadores e dispositivos na rede, evita que paredes sejam furadas ou adaptadas para a passagem de fios, entre outros.

A flexibilidade do Wi-Fi é tão grande, que se tornou viável a implementação de redes que fazem uso dessa tecnologia nos mais variados lugares, principalmente pelo fato das vantagens citadas no parágrafo anterior resultarem em diminuição de custos. Assim sendo, é comum encontrar redes Wi-Fi disponíveis em hotéis, aeroportos, rodoviárias, bares, restaurantes, shoppings, escolas, universidades, escritórios, hospitais, etc, que oferecem acesso à internet, muitas vezes de maneira gratuita. Para utilizar essas redes, basta ao usuário ter algum laptop, smartphone ou qualquer dispositivo compatível com Wi-Fi.

Um pouco da história do Wi-Fi

A idéia de se criar redes sem fio não é nova. A indústria se preocupa com essa questão há tempos, mas a falta de padronização de normas e especificações se mostrou como um empecilho, afinal, vários grupos de pesquisa existentes trabalhavam com propostas diferentes. Por esta razão, algumas empresas, como 3Com, Nokia, Lucent Technologies (atualmente Alcatel-Lucent) e Symbol Technologies (adquirida pela Motorola), se uniram para criar um grupo para lidar com essa questão e, assim, nasceu em 1999 a Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), que passou a se chamar Wi-Fi Alliance, em 2003.

A WECA passou a trabalhar com as especificações IEEE 802.11 que, na verdade, não é muito diferente das especificações IEEE 802.3. Esta última é conhecida pelo nome Ethernet e simplesmente consiste na grande 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 radiofreqüência. A vantagem disso é que não é necessária a criação de nenhum protocolo específico para a comunicação de redes sem fios baseada nessa tecnologia. Além disso, é possível ter redes que utilizam ambos os padrões.

Com um caminho a seguir, a WECA ainda precisava lidar com outra questão: um nome apropriado à tecnologia, que fosse de fácil pronúncia e que permitisse rápida associação à sua proposta, isto é, às redes sem fio. Para isso, a WECA contratou uma empresa especializada em marcas, a Interbrand, que acabou criando não só a denominação Wi-Fi (provavelmente com base no tal termo "Wileress Fidelity"), como também o logotipo da tecnologia. A idéia deu tão certo que a WECA decidiu por mudar o seu nome em 2003 para Wi-Fi Alliance, conforme já informado.

Funcionamento do Wi-Fi

     Como você já sabe, a tecnologia é baseada no padrão IEEE 802.11, no entanto, isso não quer dizer que todo produto que trabalhe com essas especificações seja também Wi-Fi. Para que um determinado produto receba um selo com essa marca, é necessário que ele seja avaliado e certificado pela Wi-Fi Alliance. Essa é uma forma de garantir ao usuário que todos os produtos com o selo Wi-Fi Certified seguem normas de funcionalidade que garantem a interoperabilidade entre si. Todavia, isso não significa que dispositivos que não ostentam o selo não funcionam com dispositivos que o tenham (mas, é preferível optar produtos certificados para diminuir o risco de problemas). Assim sendo e 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 para o uso de redes sem fio. A transmissão dessa rede é feita por sinais de radiofreqüência, que se propagam pelo ar e podem cobrir áreas na casa das 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. Essa é uma maneira de evitar problemas, especialmente interferências. Há, no entanto, alguns segmentos de freqüência que podem ser usados sem necessidade de aprovação direta de entidades apropriadas de cada governo: 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 você verá a seguir, são justamente essas duas últimas faixas que o Wi-Fi utiliza, no entanto, tal característica pode variar conforme a versão do padrão 802.11.

Sendo assim, vamos conhecer as versões mais importantes do 802.11, mas antes, para facilitar a compreensão, é conveniente saber que, para uma rede desse tipo ser estabelecida, é necessário que os dispositivos (também chamados de STA - de "station") se conectem a aparelhos que fornecem o acesso. Estes são genericamente denominados Access Point (AP). Quando um ou mais STAs se conectam a um AP, tem-se, portanto, uma rede, que é denominada Basic Service Set (BSS). Por questões de segurança e pela possibilidade de haver mais de um BBS em um determinado local (por exemplo, duas redes sem fio criadas por empresas diferentes em uma área de eventos), 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. Em outras palavras, o SSID nada mais é do que o nome dado a cada rede sem fio.

Estações (STAs) e access point (AP) Wi-Fi

802.11 (original)

A primeira versão do padrão 802.11 foi lançada em 1997, após 7 anos de estudos, aproximadamente. Com o surgimento de novas versões (que serão abordadas mais adiante), a versão original passou a ser conhecida como 802.11-1997 ou, ainda, como 802.11 legacy (neste texto, será chamada de "802.11 original"). Por se tratar de uma tecnologia de transmissão por radiofreqüência, o IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) determinou que o padrão operasse no intervalo de freqüências entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz, uma das já citadas faixas ISM. Sua taxa de transmissão de dados é de 1 Mbps ou 2 Mbps e é possível usar as técnicas de transmissão Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Ambas as técnicas permitem transmissões utilizando vários canais dentro de uma freqüência, 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 freqüência, onde a informação transmitida utiliza um determinada freqüência em um certo período e, no outro, utiliza outra freqüência. Essa característica faz com que o FHSS tenha velocidade de transmissão de dados um pouco menor, por outro lado, torna a transmissão menos suscetível à interferências, uma vez que a freqüência utilizada muda constantemente. O DSSS acaba sendo mais rápido, mas tem maiores chances de sofrer interferência, uma vez que faz uso de todos os canais ao mesmo tempo.

802.11b

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

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

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

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

802.11a

O padrão 802.11a foi disponibilizado no final do ano de 1999, quase que na mesma época que a versão 802.11b. Sua principal característica é a possibilidade de operar com taxas de transmissão de dados no seguintes valores: 6 Mbps, 9 Mbps, 12 Mbps, 18 Mbps, 24 Mbps, 36 Mbps, 48 Mbps e 54 Mbps. O alcance geográfico de sua transmissão é de cerca de 50 metros. No entanto, a sua freqüência de operação é diferente do padrão 802.11 original: 5 GHz. Por um lado, o uso dessa freqüência é conveniente por apresentar menos possibilidades de interferência, afinal, essa valor é pouco usado. Por outro, pode trazer determinados problemas, já que muitos países não possuem regulamento para essa freqüência. Além disso, essa característica pode fazer com que haja dificuldades de comunicação com dispositivos que operam nos padrões 802.11 original e 802.11b.

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

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

802.11g

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

O principal atrativo do padrão 802.11g é poder operar com taxas de transmissão de até 54 Mbps, assim como acontece com o padrão 802.11a. No entanto, ao contrário dessa versão, o 802.11g opera com freqüências na faixa de 2,4 GHz e possui praticamente o mesmo poder de cobertura do seu antecessor, o padrão 802.11b. A técnica de transmissão utilizada nessa versão também é o OFDM, todavia, quando é feita comunicação com um dispositivo 802.11b, a técnica de transmissão passa a ser o DSSS.

Roteador wireless da 3Com: suporte aos padrões 802.11b e 802.11g, e a conexões Ethernet

802.11n

No momento em que este artigo era disponibilizado no InfoWester, o padrão 802.11g era o mais utilizado para redes Wi-Fi, no entanto, já era possível encontrar vários equipamentos que trabalham também com o padrão 802.11n, cujo desenvolvimento se iniciou em 2004 (e não havia sido totalmente concluído até o fechamento deste artigo). Sim, esse é o padrão sucessor do 802.11g, tal como este foi do 802.11b.

O 802.11n tem como principal característica o uso de um esquema chamado Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), capaz de aumentar consideravelmente as taxas de transferência de dados através da combinação de várias vias de transmissão. Assim sendo, é possível, por exemplo, usar dois, três ou quatro emissores e receptores para o funcionamento da rede. Uma das configurações mais comuns neste caso é o uso de APs que utilizam três antenas (três vias de transmissão) e STAs com a mesma quantidade de receptores. Somando essa característica de combinação com o aprimoramento de suas especificações, o padrão 802.11n é capaz de fazer transmissões na faixa de 300 Mbps e, teoricamente, pode atingir taxas de até 600 Mbps.

Em relação à sua freqüência, o padrão 802.11n pode trabalhar com as faixas de 2,4 GHz e 5 GHz, o que o torna compatível com os padrões anteriores, inclusive com o 802.11a (pelo menos, teoricamente). Sua técnica de transmissão padrão é o OFDM, mas com determinadas alterações, devido ao uso do esquema MIMO, sendo, por isso, muitas vezes chamado de MIMO-OFDM. Alguns estudos apontam que sua área de cobertura pode passar de 400 metros.

Outros padrões 802.11

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

Há também o padrão 802.11f, que trabalha com um esquema conhecido como handoff. Em poucas palavras, esse esquema faz com que um determinado dispositivo se desconecte de um AP (lembrando, um Access Point - ponto de acesso) de sinal fraco e se conecte em outro, de sinal mais forte, dentro da mesma rede. O problema é que alguns fatores podem fazer com que esse procedimento não ocorra da maneira devida, causando transtornos ao usuário. As especificações 802.11f (também conhecido como Inter-Access Point Protocol) fazem com que haja melhor interoperabilidade entre os APs para diminuir esses 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 freqüência e controle do sinal devido ao fato da freqüência de 5 GHz (usada pelo 802.11a) ser aplicada em diversos sistemas na Europa. Há ainda o 802.11i, que será explicado no tópico a seguir (você verá o porquê).

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

Placa Wi-Fi PCI posteriormente conectada em um PC

Tabela de frequências e potência