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Por Luis Wolfarth – Engenheiro de Aplicações de Telecom
Conforme a demanda por conectividade em dispositivos sem fio cresce, as tecnologias empregadas na implementação das redes Wi-Fi vêm recebendo constantes evoluções. Os desafios a serem superados são a crescente necessidade por banda (Mbps), baixa latência, alcance e estabilidade do sinal (tolerância a interferências). O trabalho feito em cima das normas que regem as redes Wi-Fi vem melhorando significativamente a experiência dos usuários, onde a aplicação mais comum é o acesso à Internet.
Os dispositivos sem fio em residências representam hoje o maior volume de equipamentos que acessam à Internet. As redes cabeadas, antes a forma mais comum de levar Internet aos dispositivos residenciais, hoje são a exceção nos lares, pois anteriormente os equipamentos com acesso à Internet se resumiam a computadores pessoais. Atualmente, uma gama cada vez maior de equipamentos se apresenta, onde nela se incluem os smartphones, os smart Speakers (Alexa e Google Home), câmeras de monitoramento, aspiradores inteligentes, smart TVs, ar-condicionado, geladeiras, etc. Enfim, estamos adentrando a era da "Internet das Coisas" ou IoT (Internet of Things) e a interface wireless é normalmente disponibilizada nesses gadgets .
A DATACOM já conta em seu portfólio com os modelos de ONU DM985-424 (Leia o artigo) e DM986-414,que possuem uma interface Wi-Fi avançada para suportar aplicações que exigem alta performance. Para dar mais possibilidade de aplicações aos provedores, a Datacom lançou também o roteador Wi-Fi DM955.
Neste artigo veremos como o Wi-Fi de 5ª geração (IEEE 802.11ac), suportado pela ONU DM985-424 e pelo Roteador sem fio DATACOM DM955, está aderente às necessidades contemporâneas do acesso à Internet residencial por banda larga, que hoje já entrega taxas da ordem de centenas de Mbit/s. No artigo também são apresentadas as vantagens do Wi-Fi de 5ª geração (IEEE 802.11ac), que utilizando as técnicas MU-MIMO e Beamforming garante um ótimo throughput e cobertura de sinal com baixa latência e estabilidade.
Interferências
Em Telecomunicações é comum denotar o "meio de transmissão" que é por onde as informações serão enviadas ou recebidas. Quando se usa uma rede cabeada o meio de transmissão são os cabos e estes elementos foram projetados de forma que os sinais utilizados fiquem confinados sem interferir nas redes cabeadas adjacentes, por exemplo a rede cabeada do seu vizinho não é capaz de interferir na sua rede cabeada.
A redes sem fio utilizam como meio de transmissão o espaço - aqui na Terra é mais comum se referir como "o ar" - onde são utilizadas faixas de frequência de sinais eletromagnéticos que chamamos de "canais de transmissão" e felizmente, com uma correta implementação, um dispositivo operando no canal de transmissão A não é capaz de interferir um dispositivo operando no canal de transmissão B. Todavia, caso ambos operem no mesmo canal, fatalmente teremos os efeitos das interferências, e é aí que entra o seu vizinho nessa história.
As interferências, dependendo do seu grau serão toleradas pelos dispositivos e possivelmente sejam imperceptíveis, mas se forem muito grandes a comunicação dos dispositivos sem fio com o roteador irá falhar e sem conhecer o problema provavelmente o provedor de Internet será acusado como o responsável. Na prática o que ocorre são limitações da tecnologia, muitas vezes, dependendo das condições espectrais do ambiente, é possível contornar o problema das interferências através de configurações no roteador, entretanto, sabemos que customizar as configurações do roteador na casa do assinante não é escalável e pode não ser uma solução permanente. O melhor então é utilizar dispositivos com implementações (normas) mais modernas das redes sem fio que considerem os requisitos atuais para uso da tecnologia Wi-Fi.
Vantagens do Wi-Fi 5 e no uso do DM955
Antes de descrever as vantagens do Wi-Fi 5 vamos fazer uma revisão das características das implementações mais populares para entendermos de forma sintética os principais aspectos de cada uma:
Nota: a WiFi Alliance criou uma nomenclatura que foi adicionada retroativamente aos padrões definidos pela IEEE desta forma a ideia é passar aos usuários o conceito de geração da tecnologia WiFi sendo referida. Por exemplo, o 802.11ac está sendo de WiFi 5 ou WiFi de quinta geração.
Em 1999 foi publicada a primeira versão comercial (802.11b – WiFi 1) utilizando a frequência de 2.4GHz suportando de 1 a 11Mbit/s em um (1) canal. Dentro desta faixa de frequência são estabelecidos de 11 a 14 canais de transmissão (2401 a 2495MHz), cada canal possui uma largura de banda de 20MHz e sobrepõem os canais adjacentes. Na prática, dentro das normas de utilização espectral estabelecidas no Brasil, utilizado o 2.4GHz temos 3 canais que não geram sobreposição entre si, sendo o canal 1 (F0 = 2412MHz), canal 6 (F0 = 2437MHz) e canal 11 (F0 = 2462MHz). A distribuição de canais dentro da faixa e 2.4GHz é mantida desde então independentemente da norma do WiFi operando nesta frequência.
Em 2003 a norma 802.11g (WiFi 3) foi publicada, utilizando técnicas de modulação mais complexas dentro do 2.4GHz foi possível aumentar o throughput (largura de banda) utilizando apenas um (1) canal mantendo basicamente capacidades semelhantes de alcance do sinal do padrão 802.11b.
Em 2009 o WiFi 802.11n (WiFi 4) foi apresentado onde, além da possibilidade de uso de mais de um canal para aumento do throughput, utiliza a tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output). Com múltiplas antenas o receptor pode otimizar interpretação do sinal em um processador digital reduzindo o efeito destrutivo da interferência maximizando o ganho. O transmissor por sua vez pode otimizar a transmissão utilizando múltiplas antenas onde não é necessário que o receptor tenha a mesma quantidade de antenas que o transmissor variando de dispositivo para dispositivo. A transmissão pode ocorrer em sinais isolados onde cada sinal é enviado por uma antena para cada receptor ou os sinais podem ser enviados na íntegra para vários receptores através de múltiplas antenas simultaneamente. Com isso o padrão 802.1n é capaz de operar a taxas de 54 a 600 Mbit/s que variam com a quantidade de antenas utilizadas pelo conjunto transmissor/receptor, largura de canal (20 ou 40MHz) e frequência de operação (2.4GHz ou 5GHz).
Finalmente, em 2013 tivemos a publicação da norma 802.11ac (WiFi 5) que opera exclusivamente em 5GHz e pode atingir de 433Mbit/s a 1,3Gbit/s em canais de 80 ou 160MHz. As redes ac utilizam MU-MIMO (Multiple Users MIMO), que além de operar com múltiplas antenas para transmissão e recepção é capaz de enviar e receber sinais de diferentes dispositivos simultaneamente (Multiplos Usuários), permitindo uma capacidade de throughput mais elevada e reduzindo a latência a níveis muito próximos de uma rede cabeada com Jitter (variação da latência) praticamente nulo.
Outro grande destaque da tecnologia é o uso do Beamforming, uma técnica que assim como o MIMO também faz uso de múltiplas antenas onde na recepção um mesmo sinal é recebido por diversas antenas onde, em cada antena é interpretado como um sinal distinto, e posteriormente esses diversos sinais recebem correção de fase de forma que internamente podem ser somados gerando interferência construtiva entre si aumentando significativamente a sensibilidade do receptor.
Na transmissão, também fazendo o uso de múltiplas antenas, o Beamforming pode, no caso de um dispositivo distante, transmitir um mesmo sinal com diferentes atrasos de fase de forma que após percorrerem os trajetos com diferentes distâncias cheguem com fase alinhada até a antena do receptor o que novamente ocasionará interferência construtiva do sinal.
Por fim, a técnica do Beamforming acaba sendo capaz de gerar lóbulos de propagação de sinal direcionais com a combinação de antenas com características omni-direcionais sendo o sinal dinamicamente direcionando ao dispositivo distante conforme ele se move no ambiente. A implementação do Beamforming depende das características de hardware do Roteador Wi-Fi sendo transparente aos dispositivos conectados que se beneficiarão desta técnica.
Acessos residenciais com mais banda
Agora que já vimos as principais de características das versões mais populares das redes sem fio vamos analisar o produto final historicamente entregue pelos Provedores de Internet. As tecnologias de última milha, ou seja, as tecnologias de acesso à Internet que chegam ao endereço do assinante, também receberam evoluções que na prática refletiram no aumento da banda em Mbit/s e a diminuição da latência de propagação do sinal que chega e sai do modem do assinante.
O uso do Wi-Fi residencial foi introduzido e popularizado junto ao acesso de banda larga de Internet por acesso metálico sendo as tecnologias mais comuns o ADSL (par metálico de telefonia) e o HFC (cabo coaxial de TV por assinatura). Nesta época as taxas de transmissão do serviço de Internet eram por muitas vezes inferior a capacidade em Mbit/s do roteador sem fios presente na casa do assinante, logo, taxas de 1 a 54Mbps no Wi-Fi eram mais que suficientes para consumir a banda de Internet contratada em sua totalidade. Com o surgimento da tecnologia GPON (Gigabit Passive Optical Network) começaram a aparecer ofertas de planos de Internet de até 1Gbps, contudo, a tecnologia Wi-Fi utilizada pelo assinante pode ser um ponto de gargalo que impede o consumo da totalidade da banda de Internet contratada. A forma de consumo e os propósitos no uso da Internet também acabam por elevar os requisitos dos roteadores sem fio. A quantidade de dispositivos conectados, a taxa em Mbit/s demandada por cada dispositivo, os requisitos de latência (atraso), a estabilidade e alcance do sinal são necessidades cada vez mais presentes.
Na prática os requisitos a serem atendidos por um roteador sem fio residencial moderno são:
A tecnologia MU-MIMO (Multiple User MIMO) introduzida pelo 802.11ac (WiFi 5) é capaz de fazer com que um único roteador sem fio se comporte virtualmente como se fossem vários roteadores desta forma é como cada usuário tenha o seu próprio sinal dedicado elevando assim a capacidade de dispositivos simultâneos.
A tecnologia MIMO introduzida pelo 802.11n (WiFi 4) e MU-MIMO introduzida pelo 802.11ac (WiFi 5) elevam significativamente a taxa em Mbit/s por utilizarem maior largura de canal e técnicas de modulação que entregam maior throughput.
A frequência de 5GHz sofre menos com interferência por três principais motivos: o primeiro motivo é a menor quantidade de Roteadores sem fio operando atualmente nesta frequência, o segundo aspecto é a menor capacidade de propagação de sinais em 5GHz, logo sinais externos operando nesta faixa serão bem menos presentes, e o terceiro aspecto é não sofrer interferência por outros dispositivos domésticos como forno de micro-ondas, telefone sem fio, dispositivo bluetooth entre outros. O uso da frequência 5GHz é oportunizado pelo 802.11n (WiFi 4) e 802.11ac (WiFi 5).
A tecnologia MU-MIMO introduzida pelo 802.11ac (WiFi 5) permite fluxos de dados individuais e simultâneos para os diversos dispositivos conectados em um mesmo roteador sem fios, desta forma o roteador não precisa esperar a finalização da comunicação de um dispositivo para iniciar a comunicação com outro, com isso a latência introduzida nas aplicações de cada usuário será mínima e o jitter praticamente nulo.
Sabemos que uma das vantagens do uso do 2.4GHz é o seu alcance devido a sua maior capacidade de contornar obstáculos, logo, naturalmente é capaz de prover uma maior cobertura de sinal. No entanto, como revisamos anteriormente nesta frequência sofremos com interferências que podem atrapalhar severamente as aplicações do usuário. O uso da frequência 5GHz diminui naturalmente a sua propagação devido a sua menor capacidade de contornar obstáculos, contudo, com o uso da tecnologia Beamforming introduzida na versão 802.11ac (WiFi 5) uma cobertura similar ao 2.4GHz pode ser realizada pois o sinal pode ser virtualmente direcionado aos dispositivos que estiverem distantes do roteador sem fios.
Considerações finais
Um roteador sem fios moderno, por questões de retro compatibilidade, deve ser capaz de suportar as gerações antecessoras do Wi-Fi e suportar os requisitos atuais para oferta de serviços de Internet residencial. Foi pensando nisso que a Datacom lançou o DM955, um Roteador Wireless Gigabit Dual Band AC1200.
O DM955, com tecnologia Wi-Fi 802.11ac dual band, disponibiliza uma rede confiável e extremamente rápida para os usuários. A banda de 2,4 GHz oferece velocidades de até 300Mbps, atendendo perfeitamente tarefas do dia a dia como e-mails e navegação na web, enquanto a banda de 5GHz oferece throughput de até 866Mbps, ideal para streamings de vídeo UHD e jogos on-line.
O roteador wireless Datacom possui quatro antenas externas que emitem sinais Wi-Fi para todos os cômodos da residência do assinante.
O DM955 compensa as zonas de sombra do ambiente e mantém o usuário conectado aproveitando um acesso Wi-Fi rápido, esteja ele na sala, cozinha, quarto ou em qualquer cômodo de sua casa.
O DM955 conta ainda com o recurso de gerência remota através do protocolo TR-069. Com este recurso o ISP pode gerenciar através da nuvem todos os roteadores instalados nos seus assinantes. O gerenciamento pelo TR-069 possibilita ao ISP fazer diagnósticos e testes à distância, reduzindo custos operacionais.
Qualquer dúvida técnica em relação ao nosso portfólio, não hesite em contatar nosso time de suporte pelo email suporte.prevendas@datacom.com.br, ou ainda acione diretamente seu gerente de contas para receber uma proposta.
