Exemplos de padrões de tecnologias wireless
Exemplos de Tecnologias Wireless
A tabela a seguir acomoda resumo de exemplos de padrões internacionais de tecnologias wireless adaptado da contribuição dos alunos de nosso curso de engenharia de telecomunicações.
| Tecnologia - Padrão - Frequência - Potência - Alcance - Descrição Básica com hiperlinks/Aplicação/estrutura do pacote/ilustração/referências | ||||||||||
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| MiWi IEEE 802.15.4 [1] 2.4GHz[1] baseados no padrão IEEE 802.15.4[1] 20-100 metros[1] | ||||||||||
| O protocolo de rede Miwi é um protocolo simples, desenvolvido para taxas baixas ,curtas distâncias e redes de baixo custo.Baseado no protocolo IEEE 802.15.4 para redes WPAN(Wireless Personal Area Network), ele oferece uma alternativa fácil de usar para a comunicação sem fio.Em particular,ele visa pequenas aplicações que possuem rede de pequeno porte, com poucos saltos entre os nós e que usam “transceivers” compatíveis com o protocolo IEEE 802.15.4.[2]
Dispositivos O MiWi define três tipos de dispositivos, em relação ao seu status na rede. O PAN Coordinator, o Coordinator e o End Device.[3]  Topologias de Rede Dos três dispositivos definidos pelo protocolo MiWi, o mais importante para a a rede é o PAN Coordinator. É ele quem inicializa a rede, seleciona o canal e o PAN ID da rede. Todos os outros dispositivos devem obedecer as instruções dadas pelo PAN Coordinator, para se unir à rede.[3] Configuração em Estrela: Na rede em estrela, todos os dispositivos se comunicam unicamente com o PAN Coordinator.[3]  Configuração Mesh: A rede Mesh é parecida com a rede Cluster-Tree, exceto pelo fato de que dispositivos FFD podem rotear mensagens diretamente a outros dispositivos FFD, ao invés de seguir a estrutura de árvore da rede.[3]  Configuração Ponto a ponto (P2P): O tipo mais simples de configuração, aqui não há distinção entre pai ou filho, pois a comunicação é direta.[3]  Referências: [1]https://en.wikipedia.org/wiki/MiWi [2]https://docplayer.com.br/14148857-Protocolo-miwi-traducao-parcial.html [3]http://eletronicaegames.blogspot.com/2011/04/miwi-dispositivos-e-topologias-de-rede.html | ||||||||||
| IEEE 802.11ad (WiGig) [1]. 60 GHz - banda ISM [2]. 1 - 10 m [2]. | ||||||||||
| Em princípio, três modos de modulação diferentes estão disponíveis. Eles possibilitam atender a diferentes requisitos (como alto rendimento ou robustez). Nem todos os três modos precisam ser suportados por todas as implementações [3]. Entre eles estão:
Controle PHY, CPHY: Fornecendo controle, este sinal possui altos níveis de correção e detecção de erros. Por conseguinte, tem um rendimento relativamente baixo [2]. Transportadora única (Single Carrier) PHY: Nesse modo, de 385 Mbit/s até 8.085 Gbit/s são transmitidos dependendo do MCS (esquema de modulação e código). Para suportar dispositivos móveis sensíveis ao consumo de energia, é definido um modo SC de baixa potência (opcional) adicional com um codificador de economia de energia [3]. Multiplex de divisão de frequência ortogonal PHY, OFDMPHY (OFDM): O uso do modo OFDM é obsoleto. Para obter as taxas de dados mais altas, um modo OFDM foi implementado. O modo OFDM é opcional, mas quando é implementado, o MCS 13 a 17 deve ser suportado [3]. Todos os Multi-gigabit direcional PHY usam a mesma estrutura de pacotes, mas diferem na forma como os campos individuais são definidos, bem como na codificação e modulação usada [3]. A estrutura geral de um pacote no 11ad é a seguinte:
Referências:
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| IEEE 802.11n 2.4 ou 5 (GHz) [1] >60m conforme o fabricante [2] | ||||||||||
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O padrão IEEE 802.11n foi um protocolo wireless criado para prover melhor performance e manter o ritmo do rápido crescimento da velocidade de tecnologias tipo a Ethernet [3]. alterações significativas nas 2 camadas de rede (PHY e MAC), permitindo a este padrão chegar até os 600 Mbps, quando operando com 4 antenas no transmissor e no receptor, e utilizando a modulação 64-QAM [1]. O padrão 802.11n utiliza na camada física o OFDM. Que é combinada com a tecnologia Multiple Input, Multiple Output (MIMO – Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas) que proporciona definir muitas configurações de transmissão [2]. As diferentes configurações de transmissão são: - Modo legado: isso pode ocorrer como um sinal de 20 MHz ou 40 MHz [3]. - Modo misto: neste modo 802.11n, os pacotes são transmitidos com um preâmbulo compatível com o 802.11a / g herdado. O restante do pacote possui um novo formato de sequência de treinamento MIMO [3]. - Modo Greenfield: No modo Greenfield, pacotes de alto rendimento são transmitidos sem uma parte compatível herdada. Como essa forma de pacote não possui elementos herdados, a taxa de transferência máxima de dados é muito maior [3]. Abaixo segue uma ilustração de uma operação MIMO 2x2 [1]
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| Weigthless IEEE 802.11af[1] Faixa de Sub GHz. Frequentemente no espectro UHF (800-900MHz)[1][2] 17dBm[3] 2Km em área urbana[3] | ||||||||||
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Descrição Básica Weightless, na verdade, é o nome tanto da organização (O Grupo Especial de Interesse Weightless - SIG) como também da própria tecnologia. Ela é totalemnte focada na transmissão wireless de baixa potência para longas áreas (LPWAN) dentro da esfera de Internet das Coisas (IoT). O que a diferencia das outras, é o uso do espectro sub Ghz, sendo também permitido o uso em outras frequências licensiadas[3]. Esta tecnologia pode tanto operar em pequenas como em longas distâncias. Alguns produtos de IoT foram desenvolvidos em torno da tecnologia GSM, mas ela não atende a todos eles. Por isso, GPRS, LTE e 3G surgiram como soluções para atender a toda a demanda necessitada e por fornecer uma ampla área de cobertura. No entanto, o custo de seus terminais centrais é elevado[3]. Mas para distâncias pequenas, o modo GSM se sai bem pelo o que ele entrega, sua cobertura e pelo seu baixo custo. Outras tecnologias como Wi-Fi, ZigBee and Bluetooth são restritas a ambientes fechados, como casas ou escritórios, e não possuem a economia de um terminal weightless de tamanho normal com uma grande área de cobertura[3].
-> fazendo medições e gerando relatórios constantes do estado do carro para centrais - monitoramento da saúde de uma pessoa -> através de aparelhos internos, a pessoa poderá ter relaórios sempre que quiser sobre a sua saúde - carros inteligentes e autônomos -> comunicação carro a carro, e com outros sensores espalhados ao longo de estradas e rodovias - rastreamento de veículos
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| Sigfox - 902 e 928MHz.[3] Até 50km.[1] | ||||||||||
| Trata-se de um protocolo de rede voltado para a aplicações de Internet das Coisas. Sem utilizar fios e trabalhando com baixa potência.[2]
Ultra-Narrow Band A rede Sigfox usa a técnica de Ultra Narrow Band para a transmissão de mensagens. Esta técnica usa canais de 100Hz de largura de banda nas regiões ETSI e ARIB (Europa, Japão), e de 600Hz na região FCC (Américas, Oceania).[3] A tecnologia Ultra Narrow Band se caracteriza por um uso ótimo da potência disponível, o que permite que os dispositivos Sigfox se comuniquem por longas distâncias de forma confiável, mesmo em canais com interferências e ruídos.[3]
Mensagens Pequenas Para atender as restrições de autonomia de bateria e custo dos objetos conectados, o protocolo Sigfox é otimizado para mensagens pequenas. O tamanho da mensagem vai de 0 a 12 bytes.[3] Arquitetura Sua arquitetura é horizontal e possui duas camadas principais, a Network Equipment – que recebe as mensagens os dispositivos – e a Sigfox Support System – que processa os dados e envia para o usuário.[2] Referências: [1] https://imejunior.com.br/2019/03/27/voce-conhece-a-comunicacao-sigfox/ [2] https://novida.com.br/blog/sigfox/ [3] https://www.embarcados.com.br/uma-visao-tecnica-da-rede-sigfox/ | ||||||||||
| ISA100.11a | ||||||||||
| Rede Mesh IEEE 802.11ac/a/n para 5 GHz IEEE 802.11b/g/n para 2.4 GHz IEEE 802.11v/r(roaming)[2] 2.4 GHz até 300Mbps 5 GHz até 867 Mbps [2] Potência máxima (E.I.R.P.) 2.4 GHz: 160 mW (22 dBm) 5 GHz: 160 mW (22 dBm) [2] Cobertura de um módulo unitário = 100 m | ||||||||||
| Rede mesh, ou rede de malha, é uma alternativa de protocolo ao padrão 802.11 para diretrizes de tráfego de dados e voz além das redes a cabo ou infraestrutura wireless. Possuem a desvantagem de possuir um alto custo, contudo têm a vantagem de serem redes de fácil implantação e bastante tolerantes a falhas. A esta característica tem-se dado o nome de "resiliência". Nessas redes, roteadores sem fio são geralmente instalados no topo de edifícios e comunicam-se entre si usando protocolos como o OLSR em modo ad hoc através de múltiplos saltos de forma a encaminhar pacotes de dados aos seus destinos. Usuários nos edifícios podem se conectar à rede mesh de forma cabeada, em geral via Ethernet, ou sem fio, através de redes 802.11. Quando estiverem 100% definidos os parâmetros para padronização do protocolo mesh pelo IEEE, este protocolo será denominado padrão 802.11s.
O segredo do sistema mesh está no protocolo de roteamento, que faz a varredura das diversas possibilidades de rotas de fluxo de dados, com base numa tabela dinâmica, onde o equipamento seleciona qual a rota mais eficiente a seguir para chegar ao seu objetivo, levando em conta a maior rapidez, com menor perda de pacotes, ou o acesso mais rápido à Internet, além de outros. Esta varredura é feita diversas vezes por segundo ou intervalo de tempo, sendo transparente ao usuário,mesmo quando ocorre alteração de rota de acesso aos gateways, que são os nós que possuem acesso direto à internet. Por exemplo, quando o nó que estava sendo utilizado pára de funcionar,o sistema se rearranja automaticamente, desviando o nó defeituoso, sem que usuário perceba ou perca a conexão. Referências | ||||||||||
| WiFi5 IEEE 802.11ac Opera em faixa de 5GHz, podendo utilizar oito fluxos espaciais e possui canais até 80MHz de largura que podem então ser combinados para fazer canais de 160MHz. Isso significa então que o 802.11ac tem 8x160MHz de largura de banda espectral.[1]Os roteadores 802.11ac mais potentes podem cobrir áreas maiores que 200m².[3] | ||||||||||
| O WiFi5 é uma evolução do WiFi4(802.11n), ele é dezenas de vezes mais rápido e oferece velocidades a vários gigabits por segundo. Para superar o menor alcance da frequência de 5 GHz em relação a 2.4GHz, os chipsets 802.11ac usam uma tecnologia chamada beam forming na transmissão e recepção.
O formato ou a estrutura do quadro 802.11ac foi projetado para tratar da compatibilidade com os padrões anteriores, viz. 11a e 11n. O 11ac tem apenas um formato de quadro, portanto, a camada física é simples ser implementada. No 11ac o cabeçalho foi alterado para cuidar de identificar transmissão multiusuário ou usuário único.  Como mostrado acima, o quadro 802.11ac consiste em L-STF, L-LTF, L-SIG, VHT-SIG-A, VHT-STF, VHT-LTF, VHT-SIG-B e parte de dados.[2] O 802.11ac é certamente atraente para situações que exigem um alto desempenho, pois ele possui largura de banda suficiente para transmitir sem fio conteúdo de alta definição para console de jogos ou home theater por exemplo. A vantagem em seu uso é a não necessidade de utilizar cabos espalhados pelo ambiente. Para todos, exceto os casos de uso mais exigentes, o WiFi5 é uma alternativa consideravelmente viável à Ethernet.[1] | ||||||||||
| WiFi6 IEEE 802.11ax Opera nas faixas de 2,4GHz e 5GHz, podendo dividir os canais em centenas de subcanais, permitindo que mais dispositivos se conectem ao dispositivo. Segue a potência padrão da IEEE 802.11 Para faixa 2,4GHz: 46 até 92 metros (ambiente interno e externo, respectivamente). Para faixa 5GHz: 1/3 dos valores da faixa de 2,4GHz | ||||||||||
| O Wifi6 não é uma nova tecnologia. Na verdade é uma simplificação de nome para o padrão 802.11ax, acrescentado na sequência 802.11a/b/g/n/ac/ax. Um dos diferenciais em comparação com o Wifi5 é a possibilidade de operar em duas faixas de frequência: 2,4GHz e 5GHz. Além disso, ele faz uso da tecnologia MU-MIMO, que permite que essas redes consigam lidar com 8 dispositivos conectados simultaneamente sem perda de velocidade em nenhum deles. Também se utiliza da tecnologia OFDMA, possibilitando a transmissão de dados para vários dispositivos de uma só vez.
Referências | ||||||||||
| LTE ITU-R M2012-3 No Brasil são utlizadas 3 bandas. 700 APT MHz (Asia-Pacific Telecommunity ) Banda 3 - 1800MHz, Banda 7 - 2600MHz[2] a norma abrange 30 MHz até 3000 MHz.[3] De algumas dezenas de metros até 5km.[4] | ||||||||||
| Conhecido comumente como 4G é um serviço de banda larga sem fio para dispositivos móveis. Tem como objetivo aumentar a capacidade e a velocidade das redes sem fio utilizando técnicas de modulação DPS (processamento de sinal digital).
Em cada país as frequências utilizadas variam muito por isso apenas aparelhos multi-band podem usar LTE em todos os países onde é suportado, ele também suporta melhor que sua geração passada em gerenciar dispositivos em movimento. A especificação LTE fornece taxas de pico de downlink de 300 Mbit/s, taxas de pico de uplink de 75 Mbit/s e provisões de QoS permitindo uma latência de transferência de menos de 5 ms na rede de acesso de rádio, suporta comunicação duplex por divisão de frequência(FDD) e por divisão de tempo (TDD).[1][4]
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| NFC NFCIP-1: ISO/IEC 18092:2004 e ECMA 340 NFCIP-2: ISO 21841 e ECMA 352 Peer-to-Peer: ISO 18092 PCD: ISO 14443
PICC: ISO 14443 VCD: ISO 15693 Opera na faixa de 13,56 MHz com largura de banda de 1800 Khz.[2] - acoplamento magnético.[1] A distância máxima entre os dispositivos normalmente é 10 cm.[3] | ||||||||||
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É uma tecnologia de comunicação de dados com uma taxa de até 424 Kbps de curto alcance onde usa indução magnética para troca de dados. Possui dois modos de operação: passivo (escritor) ou ativo (leitor). O comprimento de onda é de 22m, e por ser de curto alcance, permite assim um bom acoplamento magnético e uma baixa eficiência de irradiação, tornado segura e privada a comunicação.[3] Suas aplicações são inúmeras, na qualredes Indoor e Outdoor destaca-se pagamentos, controle de acesso, publicidade, guia turístico, compra de passagens, entre outras. Referências | ||||||||||
| LoRA Tecnologia patenteada pela LoRa Alliance, com a LoRaWAN Specification. [1] Usa bandas de frequência livres de licença abaixo dos GHz, como 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (europa) e 915 MHz (américa do norte).[3] Potência do LoRa varia muito com a aplicação mas, em geral, é relativamente baixa até em longos alcances, variando de 92,4mW à 412,5mW. [2] Permite distâncias acima dos 10km em áreas rurais[3], no modo de transmissão de longo alcance. O nome LoRa é derivado de "Long Range" | ||||||||||
| A LoRa é uma técnica de modulação de espalhamento espectral, desenvolvida pela Cycleo e comprada pela Semtech, uma das fundadoras da LoRa Alliance. Ela tem como objetivo prover uma tecnologia de baixo consumo de energia e altíssimo alcance, que se tornou a principal tecnologia utilizada por dispositivos IoT.
A LoRa possui um cabeçalho MAC de 7 à 22 bytes, estando mostrados na tabela 1:
Tabela 1 - Cabeçalho MAC, adaptada de [1] No octeto de controle de frame, está especificado o tamanho da região de opções de frame. Este campo é utilizado para comandos MAC de até 15 octetos (comandos encontrados em [1], tabela 4). Referências | ||||||||||
Bluetooth IEEE 802.15.1 [1] 2,4 GHz [2] | ||||||||||
| O bluetooth permite troca de informações entre dispositivos através de uma frequência de rádio de curto alcance globalmente licenciada e segura.
O Bluetooth possibilita a comunicação desses dispositivos uns com os outros quando estão dentro do raio de alcance. Os dispositivos usam um sistema de comunicação via rádio, por isso não necessitam estar na linha de visão um do outro, e podem estar até em outros ambientes, contanto que a transmissão recebida seja suficientemente potente. [3] Referências | ||||||||||
Bluetooth LE IEEE 802.15.1 Opera na faixa de 2,4 GHz (2400-2483,5 MHz) dividida em 40 canais de 2 MHz, onde 3 canais são reservados para controle da rede (Advertising) e 37 para dados. A figura abaixo mostra o espectro das frequências utilizadas (imagem retirada do site www.argenox.com).  | ||||||||||
Sendo a quarta versão da tecnologia (Bluetooth 4.0) e regida pelas normas IEEE 802.15.1, o Bluetooth Low Energy (BLE) é uma tecnologia Wireless de baixo consumo energético tendo como objetivo atuar em redes onde não se necessita altas taxas de transmissão de dados (cerca de 1Mbps) [2]. Como mencionado, suas principais aplicações estão em redes onde a taxa de dados transmitidos é baixa, como por exemplo:
 Referências
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| WirelessHART IEEE 802.15.4[4]Opera na freqüência de 2.4 GHz ISM usando o Time Division Multple Access (TDMA) para sincronizar a comunicação entre os vários equipamentos da rede. Toda a comunicação é realizada dentro de um slot de tempo de 10ms.[1] 4 a 20 mA, transmissor de rádio 10mW[4]Obstrução Forte – cerca de 30 m. Obstrução Média – cerca de 75 m. Obstrução Leve – 150 m. Linha de Visada – até 230 m.[1] | ||||||||||
| O WirelessHART™ adota uma arquredes Indoor e Outdooritetura utilizando uma rede “Mesh”. As redes “Mesh” permitem que os nós da rede comuniquem entre si estabelecendo caminhos redundantes até a base, aumentando a confiabilidade, pois se um caminho esta bloqueado existirão rotas alternativas para que a mensagem chegue ao seu destino final. Este tipo de rede também permite escalabilidade simplesmente adicionando mais nós ou repetidores na rede. Outra característica é que quanto maior a rede maior a confiabilidade porque mais caminhos alternativos são automaticamente criados.[1]
Uma rede WirelessHART™ possui três dispositivos principais: Wireless Field devices: equipamentos de campo Gateways: permitem a comunicação entre os equipamentos de campo e asaplicações de controle Network Manager: responsável pela configuração da rede, gerenciamento dacomunicação entre os dispositivos, rotas de comunicação e monitoramento do estado darede.
Para suportar a tecnologia de rede mesh cada equipamento WirelessHARTTM deve ser capaz de transmitir pacotes “em nome” de outros dispositivos. Há trê modelos de roteamentos definidos: Graph Routing: Um grafo é uma coleção de caminhos que permitem a conexão dos nós da rede.
Sourcing Routing: este tipo de roteamento é um complemento do Graph Routing, visando diagnósticos de rede.
Superframe Routing: é um tipo especial de Graph Routing, onde os pacotes são atribuidos a um superframe.[1]
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Zigbee IEEE 802.15.4 A tecnologia ZigBee é caracterizada pelas suas baixas taxas de transmissão (20 kbps to 250 kbps), sendo assim, não são necessárias larguras de banda extensas. Conforme a figura abaixo, as bandas são de 2,4GHz (no mundo inteiro) possuindo 16 canais, 868 MHz (na Europa) com 1 canal e 915 MHz (nas Americas) com 10 canais. [1]  | ||||||||||
| A ZigBee é conjunto de especificações para redes PAN (Personal Area Networks), ou seja, redes de curto alcance[4]. Dessa forma é possível definir a ZigBee com uma rede de baixo consumo de energia, baixo alcance e baixa taxa de transmissão, podendo possuir diversos dispositivos associados.
A estrutura dessa rede pode ser composta por dois tipos de dispositivos: o Full Function Device (FFD) e o Reduced Function Device (RFD). O FFD desempenha uma função de coordenador da rede tendo acesso a todos os outro dispositivos (figura abaixo [3]). Já RFD é limitado a uma configuração estrela e pode se comunicar apenas com dispositvos FFD. 
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| Z-Wave G.9959 Ele opera a 868,42 MHz na Europa, a 908,42 MHz na América do Norte e usa outras freqüências em outros países, dependendo de suas regulamentações. As taxas de dados incluem 9600 bps e 40 kbps. Potência de saída ultrabaixa de 1 mW ou 0 dBm. Alcance de 100 metros ou 328 pés ao ar livre, os materiais de construção reduzem esse alcance, recomenda-se ter um dispositivo Z-Wave a cada 10 metros ou 30 pés, ou mais próximo para máxima eficiência. O sinal Z-Wave pode chegar a cerca de 200 metros 600 pés, e as redes Z-Wave podem ser interligadas para implementações ainda maiores. | ||||||||||
A Z-Wave é a tecnologia líder em residências inteligentes encontrada em milhões de produtos em todo o mundo. É uma tecnologia sem fio que não interfere no seu sinal Wi-Fi e opera com pouca energia. Quando a tecnologia Z-Wave é utilizada em produtos cotidianos, como travas e luzes, esses produtos se tornam “inteligentes” - dando a eles a capacidade de conversar entre si e permitindo que você controle os dispositivos e, assim, sua casa, de qualquer lugar.
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