3. Problemas Relacionados com a Infra­Estrutura Terrestre


Esse foi o primeiro ano de trabalho conjunto entre as duas equipes. Neste contexto, serviu para uma maior aproximação e para que as equipes de ambas as partes tomassem conhecimento dos ambientes de trabalho e tivessem uma visão geral da pesquisa que está sendo realizada em cada instituição.

A equipe brasileira está mais voltada para a pesquisa em comunicação sem fio terrestre, enquanto os franceses têm concentrado esforços para comunicação via satélite. Buscou­se nesse primeiro ano fazer com que as equipes caminhassem nos dois sentidos, viabilizando a cooperação dos grupos.

A evolução conjunta da comunicação sem fio e da tecnologia de informática busca atender muitas das necessidades do mercado: serviços celulares, redes locais sem fio, transmissão de dados via satélite, TV, rádio modems, sistemas de navegação, base de dados geográfica, etc. A comunicação sem fio é um suporte para a comunicação móvel, que, portanto, pode ser vista como uma área da comunicação sem fio. Esta, por sua vez, explora diferentes tecnologias de comunicação que são inseridas em ambientes fixos e móveis.

A comunicação sem fio pode ser classificada por grandes áreas: Redes e Serviços de Comunicação Pessoal, Celular, Comunicação Móvel, Redes Locais e Comunicação Via Satélite.

PCS (Personal Communication Services) são os principais serviços na primeira grande área. Como dito anteriormente, surgem como opção de faixa larga para os serviços celulares. O objetivo é embutir serviços de comunicação de dados, imagens, acesso a internet.

Os sistemas celulares formam a área de maior destaque atualmente e grandes projeções futuras. Envolve além das tecnologias de comunicação, aspectos de segurança e até biológicos.

A área de comunicação móvel pode também ser considerada como uma especialização dos serviços celulares, entre elas a computação móvel, explorando principalmente a tecnologia digital.

As redes locais sem fio se ajustam a ambientes com alta mobilidade do pessoal administrativo ou de produção, como em universidades, hospitais e fábricas, ou em velhas construções com dificuldades para cabeamento. Essa nova tecnologia reduz significativamente os custos de reinstalação, reconfiguração e manutenção das unidades móveis como um PC. São geralmente conectadas a outras redes locais ethernet e exploram transmissores de baixa potência, pequenas distâncias, e técnicas de espalhamento espectral.

Comunicações via satélite possuem características bastante peculiares, entre elas são a alta capacidade e possibilidade de atender um elevado número de usuários a baixo custo. A viabilidade econômica desses projetos se concentra no atendimento de massa global, a custos reduzidos, competitivos, sem fronteiras e, principalmente, complementando os serviços já existentes. Nesta linha, cobrem regiões não atendidas por sistemas terrestres, pela baixa densidade populacional, pela baixa renda, ou por dificuldades geográficas, caracterizando os seus maiores segmentos de comunicação sem fio fixo, de extensão celular e de internacionalização dos serviços celulares. Muitos projetos estão em andamento e têm sofrido muitos ajustes de objetivos, dimensões e implementações. Na concepção de mobilidade as células são unidades móveis enquanto os usuários estão fixos, devido ao posicionamento em altitudes elevadas. Os sinais transmitidos são recebidos por toda área coberta, uma ampla área geográfica, e o custo é independente da distância entre os usuários. Com isso, apresentam uma alta capacidade para transmissões broadcast e sistemas distribuídos. Por outro lado, o problema de segurança é bastante grave uma vez que qualquer unidade receptora pode captar o sinal. Dessa forma os mecanismos de criptografia devem ser usados no caso de comunicação segura.

Basicamente os satélites se estabelecem em três níveis. Os satélites de baixa órbita LEO (Low Earth Orbit) são posicionados em torno de 1000 km de altitude mas em diferentes posições com relação a terra. Os satélites de órbitas médias MEO (Medium Earth Orbit) estão aproximadamente a 10000 km de altitude. E os satélites de órbitas elevadas ou geoestacionária GEO (Geosynchronous Earth Orbit) estão situados à aproximadamente 36000 km de altitude e em regiões próximas a linha do equador.

Os satélites LEO foram os primeiros a serem lançados e apresentam um complexo problema de roteamento dos sinais e rastreamento em terra. Devido às baixas altitudes é necessário um número mais elevado de unidades para uma maior cobertura, apesar dos equipamentos serem também menores por trabalharem em baixas potências. Os atrasos nos processos de comunicação também são menores.

Essa inovação pode provocar uma revolução sem precedentes e já mais imaginada, capaz de provocar mudanças profundas na sociedade e se torna difícil prever qual é o futuro. Por um século as redes telefônicas cresceram em dimensão mas com baixas mudanças tecnológicas. Recentemente surgiram o fax, o telefone móvel, as comunicações via satélite, a Internet. Todas essas inovações foram inicialmente projetadas como de uso restrito e de luxo, mas passaram rapidamente a serem movidas por grandes mercados e consequentes mudanças tecnológicas. Neste contexto, a comunicação sem fio surge como uma forte inovação na medida em que passa a ser um componente pessoal, que acompanha o usuário onde quer que ele esteja. Do outro lado, a redução de custo contribui cada vez mais para facilitar o acesso. Tudo isso faz com que a comunicação sem fio se torne um negócio capaz de ultrapassar todas as expectativas hoje levantadas em torno da Internet.

Os principais temas avaliados foram:


  • Localização de estações:

  • Os projetos de instalação e expansão dos sistemas de comunicação móvel requerem, em geral, grandes investimentos, o que torna os problemas grandes desafios técnico e econômico a serem resolvidos. O objetivo é instalar um conjunto de estações capazes de cobrir a área desejada, atender a demanda com uma exploração eficiente do espectro de frequência, minimizando custos e mantendo padrões de qualidade de serviço.

    Estão sendo analisados diferentes formulações matemáticas e algoritmos.


  • Localização de unidades móveis:

  • O outro problema de localização está relacionado ao rastreamento ou localização da unidade móvel. A otimização se baseia em manter a informação atualizada da localização da unidade móvel, versus a pesquisa (paging) ou busca da unidade móvel quando necessário. A informação advém de mensagens oriundas da unidade móvel, portanto consumindo sua energia que é bastante limitada, tendo em vista a limitada capacidade de sua bateria. A pesquisa pode ser iniciada pela rede fixa que envia mensagens broadcast visando localizar a unidade. O problema é definir uma estratégia que atenda aos objetivos contrastantes, reduzir o consumo de energia pela unidade móvel e manter a sua localização atualizada, evitando sobrecarga no sistema.

    Neste contexto está sendo desenvolvido um simulador capaz avaliar o comportamento do sistema sem fio considerando diferentes classes de usuários e modelos de mobilidade.


  • Gerenciamento de energia:

  • Este problema vem a reboque do item anterior na medida que o objetivo final da localização de usuários é, em parte, reduzir o consumo de energia.

    Computadores móveis dependem de baterias para poderem funcionar. Atualmente, as baterias disponíveis no mercado são relativamente pesadas e só conseguem armazenar energia para algumas horas de uso. Este problema é visto como o maior empecilho no uso de computadores móveis. Infelizmente a tecnologia de construção de baterias não tem acompanhado o crescimento de outros segmentos da informática e a evolução prevista não muda esse cenário. Logo, o gerenciamento de energia é um problema importante e deve ser tratado tanto pelo hardware quanto pelo software.

    Na comunicação sem fio, o gerenciamento de energia para transmissão é muito importante por dois motivos. Primeiro energia é um recurso limitado em computadores móveis e o seu consumo deve ser minimizado. Segundo que um sinal deve ser transmitido com um valor correto de potência para não interferir na recepção de um outro sinal por uma outra estação minimizando a relação sinal-ruído.


  • Roteamento em sistemas sem fio terrestres e de satélites:

  • Tanto no âmbito das redes cabeadas tanto para as redes sem fio, um dos mais importantes problemas de projeto de redes consiste em determinar um conjunto de rotas por onde o tráfego deve ser transmitido e que seja ótimo de acordo com algum critério de custo. Critérios como atraso e bloqueio na comunicação acarretam diferentes medidas de desempenho para diferentes classes de serviços e também para considerar demandas variáveis.

    Outro fator importante é a topologia da rede, pois as estratégias de roteamento dependem diretamente da estrutura da rede.

    Estão sendo estudados modelos e algoritmos capazes de tratar de forma conjunta os aspectos de topologia e roteamento para redes sem fio terrestres, celulares e ad­doc e redes de satélites.



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