WiFi - Descrição e explicações focadas na antena

Novembro 2016

O WiFi (também escrito Wi-Fi, Wifi, wi-fi ou wifi) é uma tecnologia de rede informática desenvolvida para funcionar em rede interna e que, a partir daí, se tornou um meio de acesso à Internet com banda larga.


Apresentação


O padrão IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11) é um padrão internacional que descreve as características de uma LAN sem fio (WLAN). O nome de Wi-Fi (abreviação de Wireless Fidelity, fidelidade sem fio) é, originalmente, o nome dado à certificação emitida pela WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), órgão responsável por manter a interoperabilidade entre os equipamentos que respondem ao padrão 802.11. Por abuso de linguagem (e por razões de marketing) o nome do padrão se confunde hoje com o nome da certificação. Assim, uma rede WiFi é, na realidade, uma rede que responde ao padrão 802.11.

Graças ao WiFi, é possível criar redes locais sem fio com banda larga. Na prática, o WiFi permite conectar computadores portáteis, máquinas de escritório, assistentes pessoais (PDA) ou até periféricos para uma conexão de banda larga (300 Mbit/s) em um raio de várias dezenas de metros no interior (geralmente entre vinte e cinquenta metros). Em uma ambiente aberto o alcance pode atingir centenas de metros, ou em condições ideais, até dezenas de quilômetros.

Assim, os provedores de acesso internet estão começando a irrigar áreas com alta concentração de usuários (estações ferroviárias, aeroportos, hotéis, trens, etc) com redes sem fio conectadas à Internet. Estas áreas de acesso são chamadas de "hot spots".

Os iBooks da Apple eram, em 1999, um dos primeiros computadores a oferecer um equipamento WiFi integrado (chamado de Aeroporto), logo seguido pelo resto da gama. A partir de 2003, também vimos aparecer modelos de PC construídos em torno da tecnologia Intel Centrino, que lhes permitem uma integração similar. Os outros modelos ainda não foram equipados com uma placa de expansão adequada.

Estrutura


O padrão 802.11 define as camadas inferiores do modelo OSI para uma conexão sem fio utilizando ondas eletromagnéticas, ou seja:

A camada física (também chamada de camada PHY), propondo três tipos de codificação de informação;

A camada de ligação de dados, constituída de duas subcamadas:
  • O controle da conexão lógica (Logical Link Control, ou LLC);
  • O controle do acesso ao suporte (Media Access Control, ou MAC).



A camada física define a modulação das ondas rádioelétricas e as características da sinalização para transmissão de dados, enquanto que a camada de ligação de dados define a interface entre o barramento da máquina e a camada física, incluindo um método de acesso semelhante ao utilizado no padrão Ethernet e as regras de comunicação entre as diversas estações. O padrão 802.11 propõe três camadas físicas, definindo modalidades alternativas de transmissão:

Você pode usar qualquer protocolo em uma rede sem fio WiFi, bem como em uma rede Ethernet.

Modos

Infra-estrutura


O modo de infra-estrutura conecta computadores com placa de rede sem fio Wi-Fi entre si, através de um ou mais "Pontos de Acesso" (PA) que funcionam como concentradores (Ex: Hub/Switch em rede com fio ). Este modo é usado em empresa, principalmente. O estabelecimento de uma rede deste tipo requer o implante de terminais com intervalos regulares (PA) na área a ser coberta pela rede. Os terminais e as máquinas devem ser configurados com o mesmo SSID (nome da rede), para poderem se comunicar. A vantagem deste modo é garantir uma passagem obrigatória pelo PA, a fim de verificar quem entra na rede. Em compensação, a rede não pode crescer, exceto colocando novos terminais.

Ad-Hoc


O modo "Ad-Hoc" é para conectar diretamente os computadores com placa de rede Wi-Fi, sem o uso de outro hardware, tal como um "Ponto de Acesso" (PA). Este modo é ideal para interconectar rapidamente as máquinas entre si, sem hardware adicional (ex: compartilhamento de arquivos entre laptops em um trem (TGV), partilha do acesso à Internet em sua casa, na rua, em um bar, na casa de amigos, etc). O estabelecimento de uma rede deste tipo se limita a configurar as máquinas em modo Ad-Hoc (em vez de modo infra-estrutura), selecionar um canal (frequência) e um SSID (nome da rede) comum a todos. A vantagem deste modo é se livrar de outros hardwares caros, além de ser mais fácil de fazer funcionar. Com a adição de um simples software de roteamento dinâmico (Ex: OLSR, AODV...) a rede cresce naturalmente com a conexão de novas máquinas.

Os diversos padrões Wi-Fi


O padrão IEEE 802.11 é, na realidade, o padrão original com velocidades de 1 ou 2 Mbit/s. Revisões foram feitas no padrão original para otimizar a velocidade (é o caso dos padrões 802.11a, 802.11b, 802.11g e 802.11n chamados padrões 802.11 físicos) ou especificar os elementos para garantir uma melhor segurança e interoperabilidade. Veja esta tabela que mostra as diversas revisões do padrão 802.11 e seus significados:

Interrogações


A tecnologia Wi-Fi apareceu no momento em que cresceram as perguntas sobre o impacto das tecnologias de comunicação sem fio na saúde humana. Debates científicos têm proliferado em torno do telefone celular, e hoje, estão começando a alcançar a tecnologia Wi-Fi inteira.
Tal abordagem é adequada no caso provável em que esta tecnologia venha a ser, em breve, onipresente no ambiente humano, seja no trabalho ou em casa.

No entanto, saiba que a potência emitida pelos equipamentos Wi-Fi (~ 30 mW) é trinta vezes menor do que a radiação emitida pelos celulares (~ 1 W). Além disso, o telefone celular fica sempre perto do cérebro, o que não é o caso dos equipamentos Wi-Fi e, à algumas dezenas de centímetros, o poder do sinal já é bem mais reduzido. Assim, mesmo se as ondas emitidas pelos telefones celulares fôssem prejudiciais à saúde, os efeitos dos sinais Wi-Fi permaneceriam insignificantes.

Cohabitação


O Wi-Fi utiliza uma banda de frequência estreita chamada ISM, de 2,4 a 2,4835 GHz, do tipo compartilhada com outros inquilinos, causando problemas de cohabitação traduzidos por interferências, perturbações causadas pelo microondas, transmissores domésticos, relés, medição remota, telemedicina, câmeras sem fio, emissões ATV, etc...

Será preciso encontrar outras frequências gratuitas para certos aplicativos ou o Wi-Fi deve migrar para uma outra banda menos lotada?

As antenas Wi-Fi


Veja as cinco principais categorias de antena de 2,4 GHz do mercado, usadas pelos utilizadores de Wi-Fi, rádioamadores e as diversas aplicações na banda ISM:
  • Dipolo , que parece uma caneta, é a antena básica, a mais encontrada. É omnidirecional, 0 dB de ganho, e serve nas proximidades.
  • Antena com haste externa, (tecnologia de antena colinear), muitas vezes instalada no telhado. É omnidirecional, 7 a 15 dBi de ganho, 7-15 dBi, está relacionada à sua dimensão vertical, podendo alcançar até 2 m.


Essas duas primeiras descrições, operando em polarização V, podem ser consideradas como antenas Docking station ou de base, já que são compatíveis em ambiente 360°.
  • Antena plana , também chamada de painel (tecnologia interna de antena quad ou antena patch, rede de dipolos). O ganho começa em torno de 9 dBi (10 x 12 cm) podendo alcançar até 21 dbi (45 x 45 x 4,5 cm). É a antena que tem a melhor relação ganho/congestionamento, assim como o melhor desempenho, que gira em torno de 85 a 90%. Além desse ganho máximo, ela não é mais fabricada, pois surgem problemas de acoplamento (perdas) entre os andares dos dipolos e, além disso, seria preciso considerar a duplicação da superfície. O volume de uma antena de painel é mínimo.
  • A antena tipo parabólica cheia ou arejada (grade).Seu interesse de uso está na busca do ganho obtido a partir de um diâmetro teórico da seguinte abordagem:


18 dBi = 46 cm
19 dBi = 52 cm
20 dBi = 58 cm
21 dBi = 65 cm
22 dBi = 73 cm
23 dBi = 82 cm
24 dbi = 92 cm
25 dBi = 103 cm
26 dBi = 115 cm
27 dBi = 130 cm
28 dbi = 145 cm
29 dBi = 163 cm
30 dbi = 183 cm

O rendimento da parabólica é, em média, de 45 a 55%. O volume da antena, que leva em conta o comprimento do suporte, logo, da focal, é significativo.

Nota: Qualquer antena parabólica (ex: TPS/CS headless 11-12 GHz) é explorável em Wi-Fi, contanto que tenha uma fonte adequada, cornet, patch ou quad, mono ou dual, etc, a antena com slots, setorial, com ganho.

As antenas com ganho direcionais ou omnidirecionais são para "maiores distâncias" possíveis, alguns quilómetros.

As antenas planas e parabólicas são direcionais só, isto é, elas favorecem uma direção preferencial (mais ou menos aberta) em detrimento de outras indesejáveis.

Plana ou parabólica


Não podemos esquecer que as antenas planas são, muitas vezes, preferidas (ou até preferíveis), quando a balança de conexão é favorável, mas assim que o sistema deve ser mais poderoso as parabólicas se tornam necessárias. O ponto de equilíbrio, com 21 dBi, é feito com, de um lado um painel quadrado de 45 cm e do outro um parabólica d = 65 cm.

Concluindo, em direcional ou ponto a ponto, é mais interessante estar equipado, em primeiro lugar, com uma antena de painel e, dependendo das circunstâncias, de uma parabólica.

De um modo geral, as antenas Wi-Fi são equipadas com conectores SMA, RP-SMA ou N, de acordo com o fabricante.

Nota: Há outras antenas, menos conhecidas, e elas foram desenvolvidas por "wifistas", tais como os cornets, como a "Ricoré", as "Yagi", as angulares, as diedros, as discones, etc. Mas apenas as quatro primeiras citadas são utilizadas realmente.

Links adicionais e fontes:


forum-Wifi
Wifi
swisswireless
Arquitetura Mesh WIFI
canardwifi


Tradução feita por Lucia Maurity y Nouira

Veja também :
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