WirelessBR

Publicado em novembro/2003

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Nota do autor:
A partir de 2000, a tecnologia WLAN / PWLAN, através de aplicações conhecidas como “hotspots” passaram a ocupar espaços em centros de convenções, hotéis, “shopping”, restaurantes, “coffee shops” e aeroportos, dando início a uma nova era, com aplicações voltadas aos serviços públicos, criando uma “pseudo” idéia de competição com a terceira geração de comunicações móveis (UMTS).

Portanto, nesse artigo vamos procurar explicar de forma detalhada a tecnologia WLAN / PWLAN, apresentando suas faixas, reais capacidades e serviços. Desta forma, poderemos perceber que essa tecnologia ainda terá definições técnicas e regulatórias importantes para realmente ocupar um espaço importante nas comunicações mundiais e observaremos seu caráter complementar as redes móveis celulares. MDS

1) Introdução 
  
Nos últimos meses o mundo "wireless" (sem fio) começou a ser alvo de mais uma grande discussão motivada pelo WLAN ("Wireless Local Area Networking"). Tecnologia desenvolvida ao longo da década de 90, com os trabalhos do IEEE ("Institute of Eletrical and Electronics Engineers") e ainda em fase de amadurecimento, visava no primeiro momento a simples interligação de computadores em residências, e no segundo momento, uma substituição de projetos com cabeamento estruturado no mercado corporativo. Porém, a partir de 2000, novas aplicações denominadas de "hotspots" passaram a ocupar espaços em centros de convenções, hotéis, shopping, restaurantes, "coffee shops" e aeroportos, dando início a uma nova era, com aplicações voltadas aos serviços públicos, criando a sigla PWLAN (Público WLAN).
Nesse artigo vamos olhar mais de perto essa tecnologia e seus passos para o futuro, observando o que as operadoras e os fabricantes estão planejando e qual o seu real mercado no Brasil e no mundo, não deixando de considerar o avanço de outras tecnologias "wireless".

2) O começo do WLAN/PWLAN no mundo

Em 1985, com o objetivo de estimular a produção e o uso dos produtos para redes sem fio, o FCC ("Federal Communications Commission") modificou parte do espectro de freqüências, criando faixas para que os equipamentos pudessem operar sem a obrigatoriedade de uma licença para uso do espectro que é solicitada junto ao órgão regulador, só necessitando o produto ser homologado/certificado pelo fabricante.
Com essas alterações os equipamentos apareceram em lojas de eletrônicos com preços acessíveis e os usuários puderam instalar rapidamente seus computadores e suas redes de computadores, nas residências ou nos escritórios, evitando o emaranhado de fios espalhados por todos os lados.
As faixas não licenciadas apresentam atrativos quando pensamos em reduzir custos e tempo de implantação, mas como todos podem instalar os seus equipamentos em qualquer lugar e a qualquer momento, o perigo com interferência passa a ser um grande limitante para a tecnologia, que acaba não garantindo qualidade na prestação do serviço, podendo o mesmo gerar taxas de dados abaixo dos valores indicados pelos fabricantes, tornando mais fácil "frustar" as expectativas do usuário. 

2.a) O mundo das WLANs 

Os sistemas podem funcionar em ambientes "indoor" (escritórios, residências, lojas, etc..) ou "outdoor" (lugares abertos, como interligações de prédios) e apresentam aplicações tanto residenciais quanto corporativas, sendo encontradas principalmente na substituição de cabos em empresas, pequenos escritórios, ou na moradia de um consumidor. Nestes casos, todas as aplicações são de responsabilidade do usuário e não de uma operadora ou provedor de serviços de telecomunicações, portanto, problemas com falta de segurança, interferências e queda na taxa de transmissão de dados com o passar do tempo, deverão ser administradas pelo próprio usuário que poderá achar uma faixa com menor intensidade de problemas ou desativar sua rede.

Figura 1 - Aplicação "indoor" para residências ou mercado corporativo

A transmissão "outdoor", ligando prédios de uma empresa com até 10 Km de distância, é utilizada para automatização de processos em fábricas, geralmente interligando galpões para controle e envio de informações ou conectando redes de computadores em prédios distintos. Vale ressaltar que nestes ambientes os sistemas ficam mais sujeitos a interferência e as condições adversas de propagação, reduzindo suas taxas de transmissão abaixo de 50% do valor apresentado por equipamentos operando em um ambiente "indoor".


2.b) O mundo das PWLANs


Nos últimos anos, as redes WLANs oferecidas por operadoras ou provedores especializados aos usuários de "laptops" ou PDAs, em locais públicos, passaram a fazer parte do dia a dia dos executivos no mundo. Porém, observa-se uma diferença de preferências entre os países, relacionada aos locais para uso dos dispositivos, podendo este fato, alterar sensivelmente, a quantidade de pontos de acesso em cada país no médio e longo prazo. A aplicação do WLAN em lugares públicos passou a ser conhecida como PWLAN e os pontos de acesso à Internet como "hotspots", sendo essas aplicações observadas atualmente nas faixas de 2,4GHz e 5GHz. 

(1 = maior preferência e 5 =menor preferência) 

Tabela 1 - Preferências de locais para utilização de computadores

Figura 2 - Locais públicos para utilização do PWLAN 

3) As faixas para WLAN ou PWLAN

As faixas destinadas para essas aplicações são conhecidas como ISM ("Industrial, Scientific, and Medical bands") e foram adotadas por diversos países, tendo sido a primeira em 900MHz, a segunda em 2,4 GHz e a última em 5 GHz. No mundo não existe um uso homogêneo dessas faixas, como podemos observar na figura 3, sendo a faixa de 5GHz a mais discutida atualmente, podendo gerar alterações futuras no uso do espectro no Brasil, dependendo das conclusões internacionais.
No Brasil, a Resolução 305 da Anatel, de julho de 2002, republicou o regulamento sobre equipamentos de radiocomunicação de radiação restrita, mantendo três faixas ISM.

Figura 3- Resumo das faixas ISM no mundo

3.a) WLAN em 900MHz

A faixa de 900 MHz apresentou um rápido desenvolvimento de produtos utilizando basicamente a tecnologia "Frequency Hopping", que trabalha com saltos de freqüência, espalhando a informação ao longo do tempo e alcançando taxas de dados até 2Mbit/s. 
A faixa utilizada em 900MHz possuía dois limitantes graves para a expansão do WLAN. O primeiro era a largura de 26MHz, que limitava o número de usuários e suas taxas de transmissão. O segundo estava relacionado com a quantidade de outros serviços utilizando a mesma faixa, ou seja, além da interferência dos usuários do próprio WLAN em 900MHz, várias outras fontes de interferência acabavam dificultando a operação dos computadores com tecnologia sem fio, tornando a qualidade do serviço impraticável.
Entre as fontes de interferência, pode-se rapidamente citar: rádios ponto-a-ponto no serviço fixo, telefones sem fio, rádios "spread spectrum" em configuração ponto-a-ponto e ponto-multiponto, radioamador, equipamentos de telemedição, emissor-sensor de variação de campo eletromagnético, sistemas móveis celulares, fornos velhos de microondas, fornos industriais de 50kW até 100kW, etc... 

Figura 4 - Algumas fontes de interferências para o WLAN em 900MHz

3.b) WLAN/PWLAN em 2,4GHz

Com os limitantes apresentados na faixa de 900MHz, a demora de uso do WLAN em outra faixa poderia implicar na no fracasso comercial de tais sistemas.
Dessa forma, o IEEE desenvolveu um padrão conhecido como 802.11b, baseado no modelo OSI ("Open Systems Interconection") e operando na faixa de 2,4GHz, inserindo no lugar do "Frequency Hopping" o "Direct Sequence que aumentou a eficiência espectral elevando as taxas de dados até 11Mbit/s, mas com valores médios reais de 4Mbit/s até 6Mbit/s na transmissão das informações dos usuários em ambientes "indoor" e taxas menores que 4Mbit/s para ambientes "outdoor". 


Os equipamentos 802.11b, também são conhecidos como Wi-Fi, marca promovida pela WECA ("Wireless Ethernet Compatibility Alliance") organização sem fins lucrativos formada em 1999, em Santa Clara, nos EUA. Sua missão é certificar a interoperabilidade de tais produtos e promover o Wi-Fi como padrão para implementação de redes locais sem fio em todos os segmentos, representam mais de 70% do mercado e deverão permanecer por um bom tempo nos computadores de milhares de usuários. 
Outro padrão começa a aparecer no cenário de 2,4GHz, apresentando uma evolução na transmissão de dados, o IEEE 802.11g, que alcança uma taxa de 54Mbit/s, operando com OFDM ("Orthogonal Frequency Division Multiplexing") distribuindo a informação sobre um grande número de portadoras espaçadas de tal forma que acabam fornecendo uma característica de ortogonalidade. Suas principais vantagens estão relacionadas com o aumento da eficiência espectral, minimização das interferências e baixa distorção por multi-percurso.
Os equipamentos 802.11g possuem compatibilidade com os 802.11b, fornecendo facilidades para executar um "up-grade" em um sistema já em operação, pois computadores com o novo padrão podem ser adicionados à rede sem a necessidade de troca das placas dos demais computadores, sendo possível trabalharmos com alguns PC's em 11Mbit/s e outros com 54Mbit/s.
A faixa de 2,4 GHz, apresentada na figura 3, não é totalmente aceita por alguns países, gerando limitações no uso mundial dos equipamentos. Entre os casos que se destacam, pode-se citar a França e a Inglaterra, onde no primeiro país, a regulamentação visa praticamente a liberação do uso do "Bluetooth" que opera na mesma faixa e com potências mais baixas, sendo o uso do PWLAN em qualquer ambiente ou do WLAN em ambientes "outdoor" permitidos somente com a autorização do Ministério da Defesa.
Na Inglaterra a restrição passa a ser em relação aos sistemas PWLANs, pois equipamentos comprados para uso privado, residencial ou escritórios, não necessitam de licenças e equipamentos comprados para oferecer serviços públicos são obrigados a possuir licenças para entrar em operação. 
Fornos de microondas, equipamentos com "Bluetooth", transmissão de TV e provedores de Internet com "spread spectrum", podem operar nessa faixa ocasionando interferências e queda da qualidade de serviço (QoS), mas em menor intensidade que a faixa de 900MHz. Porém, gerando limitantes para uma aplicação mais ampla desses sistemas em qualquer lugar.


3.c) WLAN/PWLAN em 5GHz

O futuro do WLAN/PWLAN está na evolução dos equipamentos para a faixa de 5GHz que apresenta uma maior banda, com melhores condições para transmissão e taxas que podem variar de 20Mbit/s até 54Mbit/s em conjunto com um maior número de usuários, além de minimizar os problemas relacionados com interferências e qualidade de serviço (QoS) apresentados nas faixas de 900MHz e 2,4GHz.
Nessa nova faixa podemos observar um sinal com baixa capacidade de ultrapassar obstáculos, além de uma rápida atenuação com a distância da fonte transmissora, facilitando a reutilização da mesma freqüência por vários usuários em distâncias que ultrapassem 30 metros, ou por usuários em salas diferentes separados apenas por paredes em um mesmo andar.

O problema em 5GHz começa a ser a divisão do mercado criada pela adoção de diferentes padrões e faixas de operação em regiões como as Américas, a Europa e o Japão. No IEEE temos o desenvolvimento do padrão 802.11a com taxas até 54Mbit/s. Na Europa, o ETSI ("European Telecommunications Standards Institute") participa do desenvolvimento dos padrões Hiperlan1, com taxas até 20Mbit/s, e o Hiperlan2, com taxas até 54Mbit/s. No Japão temos o desenvolvimento do HisWAN.

Na Europa, as bandas de 5150-5350MHz e 5470-5725MHz, foram especificadas para aplicações WLAN/PWLAN por meio da "ERC Decision (99) 23" ("ERC Decision of 29 November 1999 on the harmonised frequency bands to be designated for the introduction of High Performance Radio Local Área Networks - HIPERLANs"), sendo que alguns países não estão usando sistemas totalmente compatíveis com a ERC em questão, embora a faixa usada seja de 5150 até 5350MHz.

As definições de freqüências para o desenvolvimento dos sistemas WLAN/PWLAN foram incluídas na agenda da WRC2003 ("World Radiocommunication Conference of 2003"), que ocorreu em junho de 2003, onde em conjunto com o ITU ("International Telecommunication Union") analisaram a harmonização global das freqüências, levando em consideração os sistemas de satélites e radares que também operam na faixa. Nesse caso, foi decidido que os três blocos usados pela Europa vão ser considerados como padrão mundial, sendo a faixa de 5150 até 5350 MHz definida apenas para uso "indoor".


4) Os sistemas "wireless" e suas reais aplicações

Não podemos confundir as aplicações das redes "wireless" para não criarmos idéias erradas de competição. A rede PWLAN atinge um nicho de mercado, sendo sua proposta de valor agregado relacionada com acesso à Internet ou Intranet, com segurança e qualidade questionáveis, além de uma mobilidade restrita a área do "hotspot", podendo girar em torno de 30 metros para a faixa de 5GHz e 100 metros para a faixa de 2,4GHz. 
O grande atrativo do PWLAN é basicamente o preço baixo e a facilidade de implementação pela não obrigatoriedade do uso de licenças, mas caso sua utilização aumente, principalmente para acessos públicos ofertados por operadoras de telecomunicações que possuem princípios de qualidade na oferta de seus serviços, algumas coisas poderão mudar e entre elas a não obrigatoriedade das licenças poderá ser reavaliada no médio e longo prazo pelos órgãos reguladores de cada país.
O "Bluetooth" também apresenta seu nicho de mercado, funcionando com uma tecnologia similar ao WLAN/PWLAN e operando na mesma faixa de 2,4GHz, visa conectar aparelhos para transmissão de grande quantidade de dados em distâncias menores que 10 metros, já utilizados em impressoras, telefones, fones de ouvido, etc..
As redes móveis celulares possuem uma proposta de valor agregado mais abrangente que os sistemas PWLAN, Wi-Fi ou "Bluetooth", pois além dos serviços de acesso a Internet e Intranet, com uma área de cobertura de proporções bem maiores e com garantias de segurança e qualidade de serviço (QoS), também oferecem serviços diferenciados relacionados aos terminais móveis e sua mobilidade, como podemos observar na figura 5.

Figura 5 - Categorias de serviços para redes móveis - visão UMTS

Operadoras móveis, visando uma atuação mais forte junto aos usuários corporativos, podem combinar os sistemas celulares e PWLAN, uma vez que é possível equipar "laptops" com ambas as interfaces aéreas, sendo muito comum encontrarmos no mercado placas que operam com WLAN e GPRS. Essa solução não integra os dois sistemas, mas possibilita que o usuário no primeiro momento possa escolher a rede e a velocidade que pretende trabalhar. 
Especificações técnicas estão em fase de desenvolvimento no 3GPP (TR 22.934 -dezembro/2002, TS 23.234 - janeiro/2003, TR 23.934 - agosto/2002) buscando um "interworking" das redes PWLAN e GSM/UMTS, fornecendo para o ambiente de acesso PWLAN os serviços e funcionalidades da rede móvel celular. Desta forma, o usuário PWLAN poderá ter um "roaming" entre "hotspots" facilitado, uma única conta integrando serviços celulares e PWLAN e no futuro próximo um "handover" entre redes de forma transparente para o usuário, ou seja, sem perda de conexão à Internet ou Intranet, quando o "laptop" estiver em movimento saindo da cobertura fornecida por um "hotspot" e entrando na cobertura da rede móvel. 
As redes "wireless" podem ser analisadas por suas áreas de cobertura e capacidades de tráfego, na figura 6, esta classificação apresenta de forma clara as reais diferenças e prováveis aplicações de cada rede.

Figura 6 - Aplicações "wireless" (cobertura x taxa)

5) Conclusão

O mundo WLAN/PWLAN, para poder realmente atingir um nível industrial adequado, ainda vai ter de avançar um pouco em questões como segurança, qualidade de serviço (QoS), uso de freqüências apropriadas e "interworking" com redes móveis celulares. Esse "interworking" poderá minimizar os problemas apresentados pela tecnologia para avançar no mercado corporativo que não aceita muito a mobilidade restrita, além de facilitar o "billing" integrado entre os dois sistemas.


Seus serviços concentrados em acesso à Internet e Intranet com grandes taxas de transmissão complementam as tecnologias celulares que apresentam uma série de outros serviços relacionados ao celular e a mobilidade ampla de uma rede móvel, rede essa que no final poderá ser a salvação para minimizar a mobilidade restrita do WLAN/PWLAN. 

Uma rede PWLAN sendo usada por uma operadora de telecomunicação apresenta uma certa preocupação pelos órgãos reguladores em várias partes do mundo, principalmente sobre a qualidade de serviço (QoS) entregue aos usuários, gerando em alguns países uma vontade maior de exigir licenças para instalação de tais equipamentos, ou seja, em aplicações públicas, as idéias de facilidade de instalação e rápido aumento do número de "hotspots" poderá em um determinado momento não ser mais verdadeira.

No final, dependendo da aplicação e das necessidades do cliente, o preço baixo e as facilidades de implantação apresentadas pelo WLAN/PWLAN, poderão gerar problemas enormes para as empresas provedoras ou prestadoras de serviço de telecomunicação, que terão suas marcas atreladas a uma tecnologia ainda em amadurecimento e suscetível a um grande número de falhas. 

(*) Sobre o autor:

Marilson Duarte Soares (marilson.soares@siemens.com) é Consultor de Estratégias Tecnológicas da Siemens Brasil; também foi gerente de Engenharia da área de Rádio em 2000 e 2001. Formou-se em Engenharia de Telecomunicações, em 1995, pela Universidade Federal Fluminense (UFF) onde trabalhou como professor em 1996 e 1997. É pós-graduado em Análise de Sistemas pela PUC/RJ, em 1997, e pós-graduado em Administração Industrial pela Universidade de São Paulo (USP), em 1999, onde também concluiu em 2002 o MBA em Conhecimento-Tecnologia-Inovação.