A Rede

Tecnologias de Rede Sem Fio

O ponto inicial da Rede havia sido instalado dentro de um site da Telemar/Oi em um espaço da Prefeitura onde havia um rack com os equipamentos de acesso à Internet e o servidor de acesso à rede. Deste ponto saíam às ligações para os enlaces wireless via Frequency Hopping, tecnologia que utiliza saltos de freqüências, funcionando no padrão 802.11b com limitação de tráfego de 3 Mbps. Uma vantagem deste tipo de enlace com salto de frequência era a segurança mais por outro lado perdia-se em desempenho devido à baixa taxa de throughput da rede. Em cada ponta ligada ao Backbone Central foi instalado um servidor proxy Linux, visando um melhor desempenho da Banda alocada para os enlaces de Rádio.   

Fig. 1 - Rádios Frequency Hoping Alvarion Breeze Net e Pro11

Com a disponibilização de novas tecnologias no mercado e com uma melhor integração de qualidade e segurança de serviços disponibilizados em caixas de equipamentos e a necessidade de uma maior taxa de transferência entre os enlaces wireless, foi necessária a mudança para o padrão de rede sem fio 802.11b/g, que funciona na frequência de 2.4 GHz, funcionando com o throughput da rede em até 11 Mbps com enlaces de até 16 Km de distância. As antenas utilizadas foram as de 2.4 GHz em Grade e em enlaces maiores foram utilizadas antenas 2.4 GHz em Disco. 

Fig. 2 - Rádios 2.4 GHz – Rádio Micronet 100 mW e Radio Senao 400 mW

 

Fig. 3 - Antena 2.4 GHz – Link Torre Telecomunicação Polícia Federal VR x Varjão – Ponto de Repetição para o Site denominado Varjão.

Em uma evolução posterior devido à necessidade de minimizar interferências e ampliação de enlaces, foi feito a mudança para equipamentos com tecnologias de rede que operavam nos padrões 802.11a, o que viabilizou uma melhoria de qualidade de sinal em mais de 50 % da Rede, minimizou  os problemas de interferência e melhorou o throughput da Rede em até 54 Mbps. Foi observado pela gerência da rede que em links de 4 a 5 km, o tempo de resposta foi de 1 a 4 ms funcionando em 54 mbps. Uma desvantagem da mudança de 2.4 GHz para 5.8 GHz é o custo. Para fazer a mudança do enlace foi necessário fazer a troca de antenas e conectores.     

Fig. 4 – Rádio 5.8 GHz Indor e Outdoor.

 

Fig. 5 - Antena 5.8 GHz – Ponto de Acesso da Secretaria de Turismo x Torre Cruzeiro – Borda do Site denominado Turismo.

 

Fig. 6 - Antena 5.8 GHz – Ponto de Acesso da Escola José Joarez x Torre Telecomunicação Arrozal – Borda do Site denominado Arrozal.

Com o avanço da rede por todo o município, foi necessário à utilização de outras tecnologias para disponibilizar o acesso a Internet a um acesso Rural. Em parceria com o Ministério das Telecomunicações, foi disponibilizado um link de Acesso à Internet via Satélite, que possibilitou a integração desta tecnologia com as tecnologias de redes existentes. O ponto de Internet na comunidade da Serra do Matoso chega na Escola via antena e equipamentos satélite e é distribuído via VDSL para o Posto de Saúde da Comunidade viabilizando o acesso via Rede Híbrida.            

Fig. 7 – Foto Área Rural Serra do Matoso e Foto Antena Satélite Ampliada.

Um outro tipo de tecnologia que pode ser utilizada em uma rede SHSW é um tipo de Rádio que proporciona benefícios mesmo em locais com pouca visada, obstáculos ou nenhum tipo de visada.

Testes realizados em locais com bastante obstáculos mostraram as vantagens e desvantagens de algumas tecnologias. Foram feitos testes utilizando 2 antenas 900 MHz, 2 Rádios Motorola , 2 Cabos de 2m LMR 400 com conectores e notebooks com analisadores de espectro. Os testes mostraram que mesmo em obstáculos entre árvores e prédios os rádios se associaram. O tempo de resposta foi um pouco alto mas temos de levar em conta que as antenas não estavam fixas e a altura em que as mesmas se encontravam.   

Fig. 8 – Equipamentos de testes 900 MHz.

Fig. 9 – Equipamentos de testes 900 MHz.

 

Fig. 10 – Rádio Orbitel 900 MHz Or900 Router com Antena Externa de 22 dBi.

 

Tecnologia VDSL

Além de utilização de Tecnologia Wireless, foi utilizado entre os pontos de borda e os prédios de acessos e em suas repetições algumas tecnologias para a interconexão cabeada a longa distância.

A tecnologia VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line), visa amplificar o sinal que chega ao ponto de repetição via par trançado ou par metálico, para outros pontos da rede onde a limitação é de 100 mt, aumentando o ganho em distância de 300 mt até 1,5 Km. Esta tecnologia opera com transmissões assimétricas (taxa de upload sempre menos que a de download) variando de 13 a 52 Mbps de download, e 1,5 a 2,3 Mbps de upload, e isto em apenas um par metálico de até 330 metros, podendo chegar até 1,5Km em taxas mais baixas (alcançando por volta de 13Mbps).

Fig. 11 – Par de VDSL (Master + Slave).

Esta tecnologia está presente nos quatro Distritos do Município, fazendo a interligação WAN entre os diversos Prédios. Locais em que a ligação com a tecnologia VDSL:

Site CTI:

• Secretaria Municipal de Fazenda x Secretaria Municipal de Educação – 450m;
• Secretaria de Administração x Fórum – 200m;
• Secretaria Municipal de Fazenda x Rodoviária – 200m;

Site Turismo:

• Jardim de Infância Dr.Luiz Silveira x Centro de Informações Turísticas – 200m;
• Centro de Informações Turísticas x Programa Sentinela – 500m;
• Centro de Informações Turísticas x FAETEC – 400m;
• Programa Sentinela x APAE – 200m;
• APAE x Arquivo Municipal – 200m;
• Arquivo Municipal x CIEP Professora Margarida Thompson – 300m;
• CIEP x Polícia Militar – 150m;
• Polícia Militar x Igreja Assembléia de Deus – 150m;

Site Saúde:

• Secretaria Municipal de Saúde x CAPS – 150m;

Site Santanésia:

• Escola Presidente Castelo Branco x Sindicato dos Papeleiros – 600m;
• Sindicato dos Papeleiros x Posto de Saúde Santanésia – 600m;
• Posto de Saúde Santanésia x Secretaria de Obras de Santanésia – 850m;

Site Arrozal:

• Escola José Joarez x Biblioteca Celeiro das Letras Arrozal – 700m;
• Núcleo de Atendimento a Família x CIEP 477 - Professora Rosa da Conceição Guedes – 500m; 

Site Jaqueira

• Escola Luiz Marinho Vidal x Posto de Saúde Jaqueira – 300m;

Site Light:

• Escola de Lajes x Posto de Saúde Light – 650m;

-Site Serra do Matoso:

• Escola Eugênio Lourenço Corrêa x Posto de Saúde Serra do Matoso 200m;

 

A figura abaixo mostra um exemplo do Link de 600m entre a Biblioteca Celeiro das Letras x Sindicato dos Papeleiros em Santanésia. O cabo utilizado pelo link foi o cabo A80. Dependendo da distância e a qualidade do cabo, pode-se utilizar também o FE, outro tipo de cabo que podemos utilizar neste link é o par metálico, ou utilizar também algum par metálico já existente em uma estrutura de telefonia para conectar os equipamentos VDSL Master, que no exemplo acima foi instalado na Biblioteca Celeiro das Letras e o VDSL Slave que se encontra no Sindicato dos Papeleiros.

Segundo estudos do Setor de Projetos e Redes da Divisão de Tecnologia da Informação da Secretaria de Planejamento Ciência e Tecnologia da Prefeitura Municipal de Piraí, uma das desvantagens deste tipo de link é o rompimento do cabo quando este tem de atravessar a rua de um lado para outro. Isso acontece quando passam caminhões com cargas muito altas. Outro problema é a não identificação correta dos cabos, o que leva às vezes ser confundido com cabos de telefonia e como é um cabo de dados e não possui tom, por não estar identificados são cortados e até mesmo retirados. Em 2 anos houve ocorrências de rompimentos de cabos.

Fig. 12– Link entre a Biblioteca Celeiro das Letras x Sindicato dos Papeleiros em Santanésia – Cabo A80 (600 m.) + Par de VDSLs.

Tecnologia PLC – Power Line Comunications

Nos últimos anos tem sido feito grandes pesquisas na produção de uma tecnologia que permita a utilização da rede elétrica para a transmissão de dados em banda larga. Isto inclui o desenvolvimento de equipamentos para a rede de acesso, tanto em baixa quanto em média tensão, além de equipamentos a serem utilizados dentro das instalações do usuário. Para permitir a transmissão de dados em banda larga, é necessária a utilização de frequências mais altas, tipicamente entre 1,6MHz e 30 MHz. Os dispositivos atualmente disponíveis permitem capacidades de até 200 Mbps. A tecnologia PLC de banda larga também é denominada BPL (Broadband Power Line).

O sinal PLC é transmitido sobre os fios de cobre (ou alumínio) das redes de distribuição de baixa e média tensão. A transmissão de sinais de comunicação sobre as linhas de corrente alternada se torna difícil por diversos fatores, dentre eles:

As características topológicas das linhas de distribuição de energia elétrica (linhas abertas, de características não lineares, a existência de derivações ao longo de toda a linha, os transformadores, etc.);

• Existência de ruídos e interferências não previsíveis, causadas pela abertura e fechamento de circuitos, aparelhos conectados às tomadas, etc.;
• Problemas de segurança de dados pelo compartilhamento dos mesmos circuitos entre diversos consumidores;
• Irradiações das frequências transmitidas em linhas abertas, sem nenhum tipo de blindagem, com um enorme potencial de interferência com sistemas que operam nas mesmas frequências, em bandas licenciadas ou não, no espaço aberto.

A técnica de modulação deve permitir a superação destas restrições. As técnicas em geral utilizadas nos sistemas Broadband PLC são:

• Spread Spectrum;
• Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM).   

 

Fig. 13 - Uma topologia típica de rede PLC. 

Quatro níveis de rede são mostrados na figura acima (Fig. 17), quais sejam, a rede interna do usuário final, a rede de acesso, a rede de distribuição e a rede de Transporte, com a interconexão junto à internet.  

 

Rede Interna do Usuário Final

A rede do usuário final é constituída pela rede de distribuição elétrica nas instalações do usuário, e pelos modens para conexão dos equipamentos que serão interligados ao serviço de banda larga. Inúmeros modens podem estar conectados nas tomadas de energia elétrica disponíveis em uma instalação de usuário.

 Como alternativa, o usuário final pode conectar o seu modem PLC a um access point 802.11 e distribuir de forma wireless a rede de banda larga. Caso o usuário já disponha de rede cabeada distribuída, este poderá também utilizar esta rede para o acesso da broadband nos diversos pontos existentes.

 Os modens PLC normalmente têm interface RJ45 para a rede Ethernet, interface USB e uma interface RJ11 para se conectar diretamente um telefone comum, pois, em geral, o modem funciona também como um gateway para propiciar o serviço de Voz sobre IP - VoIP. Os modens podem também ser fornecidos integrados com access point 802.11, existindo ainda modelos equipados apenas para o serviço VoIP. No case de estudo existe um Laboratório que utiliza o PLC para criar um Rede Interna em um laboratório de informática na Escola Nova Esperança – Centro, Piraí-RJ. Esta Rede possui um modem PLC está diretamente ligado a um Roteador que provêm o dhcp para a rede, a Rede Interna é ligada na Rede de distribuição elétrica pelo mesmo modem, e cada computador também possuirá um modem para a conexão a Rede Elétrica. No laboratório foi preparado uma rede com uma fase para criar o ambiente PLC. Esta rede segundo o Departamento de Tecnologia da Informação – Setor de Projetos e Redes funciona há Cinco anos desde 2004 quando foi inaugurada. A única desvantagem deste tipo de tecnologia é que se a Rede Elétrica não for estável, pode existir o risco de queimar o modem e perder a conexão com o host específico ou com a rede externa se queimar o modem que está interligando a rede Interna ao Roteador. A figura abaixo mostra um modem PLC ligado a Rede Elétrica.

Fig. 14 – PLC ligado a Rede Elétrica.

 

Tecnologia de Cabos Irradiantes

Contrariando o princípio de Wi-Fi – Redes de Comunicação sem Fio – a junção entre dois meios de transmissão (cabo e RF) tem se tornado uma das novas tecnologias neste mercado emergente. Com o crescimento da demanda de Serviços e a necessidade de interoperabilidade entre componentes via rede de dados, voz e vídeo, um Sistema de Cabos Irradiantes pode ser visto como uma alternativa de solução para tecnologias e projetos que utilizam RF para a comunicação em rede. É um cabo coaxial com fendas no condutor externo que permite a entrada e saída de potência de RF, funcionando como uma antena externa.

Normalmente os APs são instalados aparentes e próximos aos locais onde a cobertura é necessária. O controle da cobertura é realizado apenas na distribuição dos APs, na escolha e posicionamento das antenas (omni/ painel). Este controle na maioria das vezes se mostra ineficiente, devido a sinal muito forte próximo ao AP, ou deficiente em locais obstruídos (mesmo que estejam próximos), e a probabilidade de vazamento de sinal é maior. A utilização de um sistema distribuído de cabo irradiante seria utilizada para que a irradiação do sinal ocorra mais próxima do usuário, evitando obstruções.   

As vantagens desta tecnologia se resumem à:

• Permitir uma cobertura maior com um mesmo AP;
• Cobertura mais homogênea em todos os ambientes desejados;
• Melhor solução estética e tecnicamente mais abrangente e durável;
• Segurança física: todos os elementos do sistema ao alcance somente de pessoal autorizado;
• Permite um sistema instalado único combinando Wi-Fi, celular, etc.

Os Fenômenos Físicos x Distribuição de sinais relacionados á RF:

• O sinal de Rádio Frequência (RF) no espaço livre perde metade de sua potência a cada dobro da distância;
• Obstáculos físicos e reflexões também atenuam ainda mais o sinal de RF;
• Quanto mais alta a faixa de frequência, piores são as condições de propagação;
  • O próprio usuário é um obstáculo à propagação do sinal de RF.