Redes IOT 3

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REDES PARA IOT 
AULA 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Gian Brustolin 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Até este ponto de nossos estudos, entendemos o que são objetos 
inteligentes e sua potencialidade quando conectados à internet. Conhecemos 
algumas placas de prototipação que também são usadas em projetos taylor 
made de aporte de inteligência ou conectividade em eletrônica embarcada. 
Entendemos a relação entre microprocessadores e essa tecnologia, bem como 
tivemos noção de como a programação dessas CPUs são feitas. Estamos agora 
prontos para mergulhar no tema central desta disciplina. Como comentamos no 
início de nossos estudos, embora existam redes para IoT fiadas, o estudo dessas 
redes não difere do já enfrentado por nós quando projetamos redes de 
computadores locais com interface Ethernet, metálica ou óptica. A maior 
tendência de conectividade para objetos IoT, entretanto, permanece nas 
soluções sem fio. 
Redes de objetos IoT baseados em protocolos WiFi são bastante comuns, 
e, assim como comentamos acerca da conectividade fiada acima, o uso desse 
protocolo para tais objetos não difere dos projetos de redes locais. Naturalmente, 
há questões de segurança que precisam ser enfrentadas com mais cuidado 
quando tratamos de usuários de rede típicos. 
Existe uma boa profusão de soluções sem fio adaptáveis às redes de 
objetos IoT, mesmo nos padrões tradicionais do IEEE, como o 802.11. Alguns 
protocolos recentes dedicados a esses objetos merecem nossa atenção especial 
em função de seu potencial uso futuro. Citemos como exemplo o 802.11ah e o 
WiSun, além dos já mencionados LoRaWan e ZigBee. Outros protocolos de 
conectividade foram adaptados às características dos objetos IoT e podem se 
tornar tendências de uso para a interconexão dessa tecnologia, a exemplo do 
WiFi 6 e 7. Sobre essas soluções repousará nosso estudo. Antes de iniciar esta 
aula, devemos revisar alguns conceitos de rádio propagação que fornecem a 
fundamentação necessária. 
TEMA 1 – FAIXAS DE RADIOFREQUÊNCIA 
Quando a interface física de comunicação escolhida é o ar, algumas 
restrições legais devem ser respeitadas. Como a radiocomunicação é suscetível 
a interferências, tornando-se um recurso limitado, cada nação possui um órgão 
regulador do uso das frequências do espectro disponível, ditas radiofrequências. 
 
 
3 
A União Internacional de Telecomunicações (ITU) regulamenta os 
acordos internacionais de administração das faixas de radiofrequência. No 
Brasil, a Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações), em função da Lei 
9.472, de 16 de julho de 1997 (Brasil, 1997), detêm a competência para regrar o 
uso do espectro eletromagnético de 8,3 KHz a 3000 GHz, editando o PDFF 
(Plano de Atribuição, Distribuição e Destinação de Radiofrequências) associado 
aos diversos serviços e atividades de telecomunicações (Brasil, 2021a). 
Segundo a Anatel (Brasil, 2020b), a distribuição de frequências segue três 
princípios gerais, quais sejam: (i) atribuir frequências em concordância com os 
acordos internacionais; (ii) atender ao interesse público; e (iii) desenvolver as 
telecomunicações brasileiras. No endereço de internet citado nas referências, 
pode-se conhecer a tabela de destinação de faixas e sua regulamentação. 
A regulamentação das faixas estabelece também a eventual necessidade 
de liberação expressa da agência para operação. Assim, se alguém deseja 
operar um rádio em dada frequência, precisa antes verificar qual a 
regulamentação para essa faixa. A operação entre 4438 KHz e 4650 KHz, por 
exemplo, está reservada para o serviço fixo comutado de estações itinerantes, e 
a regulamentação segue a portaria 280/79 do Ministério das Comunicações. A 
operação nessa faixa deve ser previamente autorizada pela Anatel. 
Há, entretanto, faixas de frequência de uso não privado e não 
regulamentado, a exemplo de segmentos da faixa ISM. Sobre essa faixa, 
conversaremos a seguir. 
1.1 Certificação Anatel – Equipamentos de Radiação Restrita 
Comentamos acima sobre a necessidade de liberação pela Anatel da 
operação na maioria das faixas do espectro de radiofrequência. Afirmamos, 
também, que existem faixas para as quais essa liberação é desnecessária. Este 
conceito, entretanto, não se confunde com a certificação dos equipamentos de 
telecomunicações. 
Todos os emissores de radiofrequência comercializados no Brasil 
precisam passar por certificação que comprove suas características de 
operação. A homologação mais genérica refere-se aos ERR (Equipamentos de 
Radiação Restrita), que devem apenas certificar o nível máximo de emissão 
eletromagnética e a capacidade de discriminação de frequências da seção rádio 
do equipamento. Esse processo é estabelecido no Regulamento sobre 
 
 
4 
Equipamentos de Radiocomunicação Restrita, art. 4º do Anexo da Resolução 
Anatel 680 (Brasil, 2021b), e segue as restrições impostas pelo Ato n.14.448, de 
4 de dezembro de 2017 (Brasil, 2017). 
Ainda seguindo a inteligência dessa mesma resolução, homologado o 
equipamento, este pode ser instalado em uma estação de telecomunicação sem 
necessidade de nova homologação da estação. Tal procedimento foi alterado 
diversas vezes, reduzindo-se as restrições em função da alta densidade de 
transmissores móveis cuja operação não necessita de qualquer outra 
implementação, como fontes de alimentação externa, torres e antenas. A franca 
necessidade de comunicação multimídia, mesmo em localidades remotas, é 
outro fator motivador da progressiva liberação do espectro eletromagnético 
regulado. Naturalmente, a operação de equipamentos homologados como de 
radiação restrita não goza de proteção contra interferência, ou seja, a Anatel não 
reservará uma área espacial e espectral exclusiva para essa operação (Brasil, 
2021b), cabendo ao operador tomar os cuidados técnicos necessários. 
1.2 Faixas de operação de ERR 
A Anatel estabelece as faixas disponíveis para operação de ERRs por 
exclusão, ou seja, publica uma tabela de faixas restritas, reproduzida abaixo. 
Tabela 1 – Faixas de frequência restritas 
MHz MHz MHz GHz 
0.09-0.11 16.69475-
16.69525 
1.435-1.646.5 10.6-11.7 
0.495-0.505 16.80425-
16.80475 
1.660-1.710 12.2-12.7 
2.1735-2.1905 21.87-21.924 2.200-2.300 13.25-13.4 
4.125-4.128 23.2-23.35 2.483.5-2.500 14.47-14.5 
 
 
5 
4.17725-4.17775 25.5-25.67 2.690-2.900 15.35-16.2 
4.20725-4.20775 37.5.38.25 3.260-3.267 20.2-21.26 
6.215-6.218 73.74.6 4.200-4.400 22.01-23.12 
6.23775-6.26825 74.8-75.2 4.800-5.150 23.6-24 
6.31175-6.31225 108-138 5.350-5.460 31.2-31.8 
8.291-8.294 149.9-150.05 8.025-8.500 36.43-36.5 
8.41425-8.41475 156.52475-
156.52525 
9.000-9.200 38.6-46.7 
12.29-12.293 156.7-156.9 9.300-9.500 46.9-57 
12.51975.12.52025 242.95-243 71-76 
12.57675-
12.57725 
322-335.4 Acima de 81 
13.36-13.41 399.9-410 
16.42-16.423 608-614 
 960-1215 
 1.300-1.427 
Fonte: Brasil, 2021b. 
Dessa forma, podemos operar um ERR em qualquer frequência que não 
conste na tabela acima, desde que o equipamento respeite os limites máximos 
 
 
6 
de emissão de radiofrequências (veja a tabela a seguir, também extraída da 
resolução da Anatel). Essa limitação atua como proteção relativa à interferência, 
uma vez que restringe a área máxima de presença detectável do sinal de rádio. 
Tabela 2 – Níveis máximos de TX para ERRs 
Faixa de radiofrequências 
(MHz, onde não 
especificado) 
Intensidade de campo 
(microvolt por metro) 
Distância 
Da medida 
9-4990 kHz 2.400/f(kHz) 300 
490-1705 kHz 24.000/f(kHz) 30 
1.705-30 30 3 
30-88 100 3 
88-216 150 3 
216-960 200 3 
Acima de 960 500 3 
 
Fonte: Brasil, 2021b. 
1.3 Faixas de operação de objetos IoT 
Os objetos inteligentes conectados à internet tradicionalmente realizam 
essa conexão com o uso de redes WiFi, e, no caso de sensores, por redes 
ZigBee. Essas redes, como também o Bluetooth, operam em uma faixa de 
frequência denominada pelo ITUde ISM (Industrial, Scientific and Medical), 
reservada para o desenvolvimento científico nas áreas industrial e médica. 
Nessa região do espectro está a faixa ISM 2,4 GHz, que, no Brasil, está 
limitada entre 2,4 GHz e 2,4835 GHz, ou seja, possui uma largura espectral de 
83,5 MHz. Nessa faixa do espectro operam, genericamente, os rádios de 
 
 
7 
espalhamento espectral não licenciados. A técnica de espalhamento espectral é 
normalmente utilizada por esses protocolos de comunicação citados acima, 
comumente utilizados por objetos IoT. 
Naturalmente, nessas faixas de espectro aberto, a operação deve ser 
resiliente à interferência, mas não há necessidade, do ponto de vista legal, de 
cuidados outros que não a mera verificação de nível máximo de transmissão. 
Ao projetarmos uma rede para IoT com conectividade rádio, antes da 
seleção de equipamentos, nosso primeiro passo deve ser a verificação de 
frequência e potência de operação. A regulamentação supracitada nos fornecerá 
os parâmetros básicos de decisão caso desejemos manter a rede não licenciada. 
Processos de licenciamento de frequências são bastante complexos e 
custosos, justificando a escolha de espectros abertos. Em caso de dúvidas ou 
mesmo para evitar uma futura fiscalização coercitiva do órgão regulador, um 
engenheiro de telecomunicações deve ser consultado. Nesses casos, solicitar o 
registro da avaliação de engenharia via ART (Anotação de Responsabilidade 
Técnica) no CREA (Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura) do seu 
Estado criará um elo de responsabilização técnica e cívil do trabalho desse 
engenheiro. 
TEMA 2 – RUDIMENTOS DE RADIOPROPAGAÇÃO APLICADA 
Em outras disciplinas deste curso, você já enfrentou a hercúlea tarefa de 
estudar este tema complexo em poucas linhas. Sugerimos, então, que você 
complemente a brevíssima revisão que faremos a seguir, com a releitura dos 
estudos anteriores e da bibliografia indicada. 
Uma comunicação por rádio frequência se baseia no controle de emissões 
de ondas eletromagnéticas (OEM), as quais serão transmitidas pelo ar (ou 
vácuo). A mera emissão de OEMs seria, entretanto, absolutamente inútil para 
nosso fim se não fossemos capazes de conformar essas ondas em função de 
um sinal de dados que desejamos transmitir. Esse processo é chamado de 
modulação. A modulação de um sinal o torna compatível com o meio que será 
utilizado para a comunicação, transformando-o em uma oscilação 
eletromagnética. Bastará então, após a modulação, que o sinal seja oferecido a 
uma antena de dimensões apropriadas para que ele migre do meio eletrônico 
para o ar. 
 
 
8 
O sinal modulado, no entanto, deve ser compatibilizado com parâmetros 
de transmissão para que não interfira inadvertidamente em sinais vizinhos. Um 
canal de rádio é a “caixa” que conterá o sinal a ser transmitido. Segundo 
Medeiros (2013, p. 78), o canal rádio é de fato um segmento de frequências 
utilizado pelo rádio transceptor. A comunicação entre dois transceptores será 
chamada de rádio enlace e será obtida pela mera operação dos equipamentos 
no mesmo canal, desde que captem o sinal um do outro. 
2.1 Técnicas de modulação 
Protocolos de comunicação para objetos IoT, dado o ambiente ruidoso e 
interferente ao qual normalmente pertencem, escolhem técnicas de modulação 
resilientes, a exemplo das que descreveremos sucintamente a seguir. 
Inicialmente, devemos relembrar o conceito de portadora. Chamamos de 
portadora a OEM de frequência constante que será modulada pelo sinal de 
dados. 
O PSK (Phase Shifting Keying) consiste na modulação da fase da 
portadora segundo o padrão de dados. No exemplo a seguir, um sinal binário 
sequencial altera a fase da portadora. Neste caso, como o sinal modulante é 
binário, o PSK é dito BPSK ou PSK binário. 
Figura 1 – Modulação BPSK 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Tanenbaun; Wetherall, 2011, p. 81. 
Entretanto, a modulação com apenas uma portadora torna o sistema um 
tanto vulnerável à interferência. Alterar a frequência da portadora em função do 
 
 
9 
sinal de dados é uma outra técnica de modulação dita FSK (Frequency Shift 
Keying) ou chaveamento de frequência. 
Figura 2 – Modulação FSK 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Tanenbaun; Wetherall, 2011, p. 81. 
2.2 Rádios de espalhamento espectral 
A associação de técnicas de modulação em fase com as alternâncias de 
frequência gera sistemas mais resilientes, embora espalhem o sinal em um 
espectro não ótimo. Ou seja, se o transmissor espalhar a informação modulada 
em várias portadoras simultâneas, haverá maior probabilidade de ao menos 
algumas dessas portadoras atingirem o receptor e lá serem combinadas para 
recompor o sinal transmitido. Chamamos esses sistemas de spread-spectrum ou 
sistemas de espalhamento espectral. 
A técnica é bastante simples e engenhosa: transmitimos a informação em 
baixa potência nas várias portadoras. Mesmo que parte do sinal de uma 
portadora seja perdida, por interferência ou desvanecimento, outra portadora 
manterá essa mesma parte intacta. No receptor, realizam-se a filtragem dos 
segmentos ininteligíveis e a remontagem do sinal por meio da associação entre 
os segmentos legíveis do sinal das várias portadoras (Maxim, 2021). Esse 
sistema de rádio possui baixo custo em relação aos seus pares, bem como alta 
qualidade comparada. 
2.3 Relação sinal/ruído – NSR 
 
 
10 
Um parâmetro importante em avaliação de viabilidade de radioenlaces é 
a Relação Sinal/Ruído (NSR – Noise to Signal Ratio) ou SNR (Signal to Noise 
Ratio). 
Um transceptor de rádio é projetado em função da presença de um nível 
mínimo de sinal inteligível e de um nível máximo de ruído sintonizado. A relação 
entre esse sinal e o ruído tolerável presente nele é a relação sinal/ruído ou NSR. 
Tomemos um transceptor WiFi (seu celular, por exemplo, quando 
conectado ao WiFi). O menor sinal captável por ele em dado canal da faixa ISM 
de 2,4 GHz será de -120 dBm (na maior parte dos rádios IEEE 802.11), mas será 
necessário que o ruído nesse canal seja 10 dB menor que esse sinal, ou seja, 
menor que -130 dBm, para que o transceptor possa reconstituir o sinal digital 
original. Dito de outra forma, para que o transceptor possa operar, não basta que 
o sinal de recepção seja maior que -120 dBm, o NSR deve também ser maior 
que 10 dB. 
Rádios de espalhamento espectral podem, no limite, operar com NSR 
negativas, ou seja, em situações nas quais o nível do ruído presente é maior que 
o nível do sinal. Essa “magia” será possível se a energia total do sinal transmitido 
nas várias portadoras for maior que a energia total do ruído presente na faixa de 
operação. Concluímos, assim, nossa breve revisão sobre radiopropagação. 
Agora, podemos partir para o estudo das redes de objetos IoT finalmente. 
TEMA 3 – WIFI 
O estudo das bases do WiFi já foi encetado em outras disciplinas deste 
curso. Como de hábito, revisaremos os conteúdos de forma sintética, sempre 
recomendando a releitura das disciplinas anteriores, para, depois, nos 
aprofundarmos nas especificidades da aplicação desta tecnologia para objetos 
IoT. 
3.1 Redes WiFi 
Redes sem fio operando sobre as especificações IEEE 801.11 fazem 
parte de nosso cotidiano profissional, como nas empresas em que trabalhamos, 
e no cotidiano pessoal, nas redes domésticas. Duas são as faixas de frequência 
de operação tradicional dessa tecnologia, uma de 2,4 GHz (em UHF) e outra de 
5,725 GHz a 5,850 GHz (em SHF), ambas ISM. Os rádios 802.11 utilizam 
 
 
11 
modulação por espalhamento espectral com as vantagens descritas 
anteriormente neste tema. 
O WiFi pode ser definido, na maioria das vezes, como radiocomunicação 
PTM, na qual a antena, dita ponto de acesso (AP – Access Point, em inglês), é 
a estação central que coordena a comunicação. 
O protocolo original permite, também, excepcionalmente, operações ad 
hoc entre estações, sem a presença de um ponto de acesso coordenador.Essa 
facilidade está em desuso, embora ainda suportada nas versões do WiFi. 
No modo PTM, a técnica de compartilhamento do meio faz com que cada 
estação precise ocupar o espectro escolhido isoladamente quando desejar 
transmitir, assim, todas as estações receptoras escutam o meio aguardando a 
desocupação. Nesse momento, a estação que deseja transmitir envia uma 
requisição à antena, dita RTS (Request to Send). O AP tratará eventuais conflitos 
provocados por solicitações simultâneas, respondendo a uma das estações com 
um sinal de CTS (Clear to Send). A estação transmite, então, os dados e aguarda 
o sinal de ACK (Acknowledgement) do AP. Se esse sinal não ocorrer, a estação 
aguardará o tempo de retardo e reenviará os dados. Trataremos desta questão 
de colisão no WiFi mais profundamente em breve. 
Naturalmente, quando muitas estações conectam-se a um AP, a 
probabilidade de colisão cresce, em consequência, a velocidade média de 
transmissão cairá. Na faixa ISM, UHF, de 2,4 GHz estão disponíveis 11 canais 
de 5 MHz, porém, o método de espalhamento espectral faz com que, escolhido 
um canal, o sinal se espalhe por 22 MHz, dessa forma, apenas três canais 
podem ser usados simultaneamente em uma rede para que não ocorra 
interferência. 
A faixa SHF do IEEE 802.11 apresenta até 165 canais distintos, porém, 
nessas frequências mais altas, o projeto físico da rede deve ser mais cuidadoso. 
Associado à parca disponibilidade de interfaces WiFi SHF, esse fato faz com que 
a maioria absoluta das redes atuais operem em UHF, mas essa realidade está 
paulatinamente mudando. 
3.2 Norma e versões 
As redes WiFi se tornaram as redes sem fio mais populares do mundo nos 
últimos anos. Essa conquista carreou também a responsabilidade de adequar a 
interface ao crescente número de usuários. Assim, várias versões de WiFi foram 
 
 
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desenvolvidas em curtos períodos de tempo. Em menos de dez anos, passamos 
por mais de três saltos tecnológicos e dezenas de pequenas adaptações. 
802.11b foi o primeiro padrão amplamente aceito para WiFi, seguido pelo 
802.11a, 802.11 g e 802.11n (WiFi 4). Até 2018, a versão mais atual do WiFi era 
o 802.11ac, batizado de WiFi 5 pela WiFi Alliance. 
Esse padrão ainda é o mais popular em uso e suporta velocidades de 
transmissão de 400 Mbps, em 2,4 GHz ou até 7 Gbps em SHF. Naturalmente, 
essas velocidades supõem condições ideais de propagação. O WiFi 5, por sua 
vez, reutiliza a técnica que permite tratar acessos múltiplos, implementada já no 
WiFi 4, dito Multiple-Input Multiple-Output (MIMO). Voltaremos a este assunto 
em breve. 
Uma vez que as condições ideais nunca ocorrem de fato, o IEEE 
desenvolveu um novo padrão baseado nas observações do comportamento real 
da rede nas versões anteriores. O principal ponto a ser equacionado, mesmo na 
versão 5, ainda é o tratamento das colisões pelo AP. Desse estudo nasceu um 
novo padrão que recebeu o código IEEE 802.11 ax, ou WiFi 6. 
3.3 WiFi 4 
O padrão WiFi 4 (IEEE 802.11 n) realizou um verdadeiro salto tecnológico 
em relação às versões anteriores, que apresentavam dificuldades em tratar a 
crescente demanda dos usuários por maior banda. Vamos entender como esse 
padrão reformou a camada PHY. Esse estudo é importante, uma vez que a 
versão 5 apenas amplia o conceito desenvolvido nesta versão, e o nosso 
entendimento dela dependerá dos conceitos introduzidos na versão 4. 
A ideia central desse padrão foi a implementação de um pré-
processamento dos sinais de rádio antes de sua entrega para transmissão, 
permitindo a conexão simultânea de mais de um usuário em subportadoras 
distintas do mesmo canal. O método foi batizado de MIMO (Multiple 
Input/Multiple Output), conforme se vê no esquema a seguir, simplificado para 
duas antenas. 
Figura 3 – MIMO 
 
 
13 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Aruba, 2021. 
Para entender como o MIMO funciona, considere a próxima figura, que 
exemplifica a propagação por múltiplos caminhos do sinal das duas antenas. A 
multipropagação (multipath) ou caminhos múltiplos é uma das causas de 
interferência interssimbólica (ISI) em sistemas de radiocomunicação, mas a 
técnica MIMO faz um uso inusitado desse fenômeno, pois utiliza os múltiplos 
percursos para aumentar a capacidade de transmissão, como veremos a seguir. 
Figura 4 – MIMO operando em múltiplos trajetos 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Aruba, 2021. 
Tomemos o exemplo da figura 4. A antena “A” receberá sinal por três 
caminhos: dois da antena “1” e um da antena “2”. Se o sinal recebido em “A” da 
antena “2” for de maior potência que os demais recebidos em “A” ou em “B”, o 
receptor escolherá decodificar este sinal. Suponha agora que o melhor sinal de 
“1” seja recebido em “B”. Se o receptor informar esses fatos ao AP, este poderá 
enviar dois sinais distintos pelos caminhos/antenas “1B” e “2A” e, com isso, 
dobrar a taxa de transferência de dados. 
Como o processo de reflexão espacial da OEM é usado para “multiplexar” 
o sinal, essa técnica passou a ser conhecida também como SDM (Spatial 
Division Multiplexing ou Space Division Multiple Access). 
Você pode estar pensando que isso funciona bem se essas claras 
diferenças de nível entre os sinais recebidos ocorrerem naturalmente, ou seja, 
se o ambiente de entorno modificar convenientemente o sinal, de forma que cada 
antena receba o melhor sinal de outra. Mas e se essa diferença não se verificar? 
 
 
14 
Então, o padrão pode forçar a melhor condição pelo uso de uma técnica dita 
formatação forçada do feixe (Beamforming). Essa formatação ocorre somente 
no AP, por esse motivo, a sigla normalmente usada é Tx BF ou Beamforming de 
transmissão. 
 
A figura 5 exemplifica essa técnica para dois usuários. Quando mais de 
um cliente é acessado, o método é chamado MU MIMO Tx BF ou Multi-User 
BeamForming MIMO. A completa implementação do MU-MIMO, embora aqui 
exemplificada, não ocorre de fato na versão 4, mas apenas na 5. 
Figura 5 – MU-MIMO Tx-BF 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Aruba, 2021, p. 15. 
A formatação do feixe (MIMO Tx-BF) é responsiva ao cliente, ou seja, o 
AP calculará os parâmetros A, B, 𝛩1 𝑒 𝛩2 com base no retorno emitido pelos 
clientes, ajustando os níveis e delays de forma a obter o efeito ideal descrito 
anteriormente. Essa adaptabilidade de parâmetros criou o falso conceito, entre 
o público leigo, de direcionamento das antenas para cada usuário, o que, de fato, 
não ocorre. 
A versão 4, entretanto, convive com um problema de padronização 
desses frames de informação. Os fabricantes não obtiveram sucesso em 
obter um formato unificado. Nesta versão, pelo motivo agora exposto, a 
técnica funciona bem apenas se ambos os chips (do AP e do receptor) 
tiverem origem no mesmo fabricante ou se ambos rodarem o mesmo 
algoritmo, o que não é a situação padrão. 
 
 
15 
A experiência com a operação em ambientes confinados da versão 4 
demonstrou que, nesses casos, o retorno fornecido pelo cliente normalmente 
leva a escolhas muito semelhantes dos parâmetros A, B, 𝛩1 𝑒 𝛩2. Dessa forma, 
a padronização 802.11 ac preferiu criar um algoritmo de geração automática 
desses parâmetros, prevenindo o eventual conflito entre fabricantes sem a 
necessidade do retorno de cada cliente. Uma vez que as redes WiFi 5 são as 
mais utilizadas no momento da conclusão dessa publicação, vamos dedicar a 
ela um tema completo em breve. Assim, passaremos da versão 4 para a 6, 
aguardando o detalhamento da 5 no próximo tema. 
3.4 WiFi 6 
As mudanças entre as versões anteriores estavam focadas no aumento 
da velocidade máxima de transmissão, a qual, como comentamos acima, só era 
atingida muito excepcionalmente. Entre o WiFi 5 e a versão 6, entretanto, busca-
se o aumento da velocidade média de toda a rede em situações de alta 
densidade de dispositivos conectados (Aruba, 2021). 
Com a popularização de objetos inteligentes provendo novos serviços, 
como smart homes,videoconferências, realidade virtual e realidade aumentada, 
as redes WiFi 5 passaram a congestionar. Esse congestionamento não é 
originado por mera falta de banda de acesso, mas principalmente pelo 
tratamento fraco do número crescente de estações conectadas à rede (ZTEC, 
2021). 
A modulação utilizada também sofre alteração na versão 6, passando-se 
a utilizar a técnica do OFDMA (acesso múltiplo por divisão de frequência 
ortogonal), que agrega outras fases de portadora ao PSK. Essa técnica já foi 
utilizada com o objetivo de aumentar a velocidade total de transmissão, 
analogamente aos rádios QAM. Porém, no WiFi 6, as múltiplas fases são usadas 
para segregar dispositivos segundo suas necessidades de largura de banda, 
permitindo a simultaneidade de transmissão. A comparação entre essas duas 
versões pode ser exemplificada pela figura a seguir: 
Figura 6 – WiFi 5 x WiFi 6 
 
 
16 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Aruba, 2021. 
Além do benefício de aumento do desempenho da rede, a versão 6 agrega 
facilidade de economia de bateria, permitindo a dormência das estações, a 
exemplo do que ocorre em redes WiMax. 
Esse recurso, aliado ao tratamento de alta densidade de usuários, torna 
a versão 6 importante para aplicações em IoT. Assim, dedicaremos nossa 
próxima aula ao aprofundamento deste tema. 
3.5 WiFi 6E 
Os estudos para a versão 6 contemplaram também a liberação, em muitas 
geografias, da frequência de 6 GHz para operação não licenciada. Na faixa de 5 
GHz utilizada pelas versões anteriores do WiFi, havia segmentos não 
disponíveis do espectro, ou seja, o espectro não era contínuo. Regiões estão 
reservadas para aplicações prioritárias como radar doppler, por exemplo. A nova 
faixa de 6 GHz, entretanto, não possui essas interrupções, permitindo a criação 
de canais de alta densidade espectral (Cisco, 2021). A figura a seguir ilustra o 
salto de capacidade de transmissão que essa continuidade representa. A versão 
WiFi com essa extensão de frequência foi batizada de WiFi 6E e teve a primeira 
versão estável lançada em janeiro de 2021. Naturalmente, a verdadeira 
potencialidade da atualização só poderá ser percebida com a efetiva liberação 
da banda de 6 GHz e com o amadurecimento decorrente da operação das 
interfaces. 
Figura 7 – Saltos de velocidade entre versões do WiFi 
 
 
17 
 
Fonte: ZTEC, 2021. 
A operação nessa nova faixa oferece a possibilidade de se constituir sete 
canais independentes de 160 MHz, o que justifica o ganho tanto em desempenho 
médio como na taxa máxima possível. Operar em 6 GHz, entretanto, exigirá, 
como já comentamos várias vezes, cuidados pouco habituais com o projeto. 
A transparência de objetos nessa faixa de frequências é bastante baixa e 
um bom projeto de disposição de antenas precisa ser engenhado. 
3.6 WiFi 7 
Dado o vertiginoso crescimento do uso de redes WiFi, há mais de nove 
bilhões de interfaces em uso no mundo. Segundo a WFA (2018), os estudos para 
a evolução da solução seguem continuamente. Como vimos acima, o IEEE 
802.11ax resolve questões de baixa performance de rede das versões anteriores 
em cenários de alta densidade de usuários, restando tratar de outros problemas, 
como a questão de latência e da necessidade de alto throughput para conexões 
de tempo real. Essas dificuldades parecem estar debeladas no padrão IEEE 
802.11be, chamado de Wi-Fi 7 ou WiFi EHT, que, adicionalmente, foca em 
mobilidade de baixa velocidade para áreas cobertas pela rede interna e externa 
de forma controlada. 
O grupo de trabalho do IEEE iniciou a padronização em 2019, lançando a 
primeira versão do documento em maio de 2021. A versão final está prevista 
para 2024 e promete criar uma nova geração de WLAN, alterando novamente a 
camada física (PHY) e focando em throughput maior que 30 Gbps. Novamente, 
a abertura esperada do espectro em até 7.250 GHz suportará essa velocidade 
 
 
18 
suplementar (Deng et al., 2020). A seguir, podemos visualizar as possíveis 
canalizações viabilizadas pela liberação da nova faixa. 
Figura 8 – Canais no WiFi 7 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em INTEL, 2021. 
TEMA 4 – IEEE 802.11 AC 
As redes locais sem fio baseadas no padrão IEEE 802.11 ac, dita WiFi 5, 
são ainda dominantes como tecnologia de acesso. 
Esse padrão apresenta uma série de inovações em relação às versões 
anteriores. Vamos conhecer um pouco mais desta versão com a qual 
conviveremos ainda por um bom tempo. 
Antes do estudo deste padrão, vamos traçar a relação entre os serviços 
WiFi e o modelo OSI. Podemos afirmar que a camada de acesso à rede de um 
sistema WiFi é a interface rádio, chamada PHY nos documentos IEEE. Nos 
padrões IEEE, o controle da interface e de erros são feitos pela camada MAC, 
que corresponde à camada OSI de enlace. 
4.1 Camada física (PHY) 
O estudo da camada física do padrão IEEE 802.11ac equivale ao estudo 
de radioenlace com as características próprias da interface que esse padrão 
utiliza. A compreensão básica das condições de propagação, atenuação do 
sinal, de ruído, de desvanecimento etc. não serão objeto deste curso, uma vez 
que foram tratadas anteriormente (como de hábito, recomendamos a revisão 
desta literatura para melhor compreensão do conteúdo aqui exposto). 
A interface rádio do WiFi 5 é constituída basicamente de uma rádio de 
espalhamento espectral, 256-QAM. A versão anterior, WiFi 4, utiliza 64 - QAM. 
Essa evolução entre a quantidade de fases e amplitudes combinadas para 
 
 
19 
permitir a multiplicidade de transmissões simultâneas só foi possibilitada pela 
concomitância da evolução dos processadores e das técnicas matemáticas de 
processamento de sinais. 
A maior diversidade de fases do QAM por si permite a elevação da taxa 
de transmissão de 65 Mbps para 87 Mbps (Aruba, 2021, p. 7), mas a versão 5 
criou, nas conexões em SHF, a possibilidade de junção de canais de 20 MHz, 
ou seja, permite que se opere em um canal de 80 ou mesmo 160 MHz. Essa 
possibilidade facilita a transmissão de grandes taxas, embora, como ocorre a 
junção de canais, também limite o número de células viáveis e, por 
consequência, a densidade de usuários. Essas limitações, entretanto, ainda 
estão relativamente distantes do uso frequente, mas já foram enfrentadas pelo 
IEEE na versão 6. 
Uma observação importante sobre o rádio da versão 5 (e das sequentes 
até esse momento) é o abandono da evolução das taxas de transmissão para a 
faixa de 2,4 GHz. Dito de outra forma, os novos padrões, para permitirem 
velocidades maiores, passaram a focar em tecnologias na faixa de SHF. 
Embora ainda majoritariamente utilizada pelos usuários de WiFi, a faixa 
de 2,4 GHz possui limitações de banda extremas, que, associadas a ambientes 
de alta interferência, impossibilitam, ao menos por hora, evoluções significativas 
nas velocidades de conexão. 
A faixa não regulamentada ISM entre 5 GHz e 6 GHz não é contínua, pois 
há regiões regulamentadas nessa região do espectro. Essas regiões são 
diferentes para cada agência reguladora. No Brasil, por exemplo, a região entre 
5350 MHz e 5480 MHz está reservada e não pode ser utilizada para a operação 
de WiFi. 
Associado à junção de canais de 20 MHz, esse fenômeno faz com que a 
camada física do WiFi 5 precise tratar dessa descontinuidade eventualmente 
dentro do mesmo canal. Esse problema está convenientemente tratado na 
versão 5. A versão 6, por sua vez assume a liberação da faixa, hoje restrita, dos 
6 GHz. A técnica SDM MU-MIMO, na versão 5, evoluiu para o uso de mais 
caminhos simultâneos, exigindo oito antenas nos equipamentos, mas essa não 
é a única diferença. 
O 802.11 ac roda um algoritmo que simula o possível feedback do 
receptor e emite um frame de sondagem (Souding Frame) em direção ao cliente. 
Ao receber o frame de sondagem, o cliente analisa sua qualidade e devolve para 
 
 
20 
o AP o CSI-R ‘Channel State Information’ do receptor. A figura a seguir 
esquematizaesse processo: 
Figura 9 – CSI em MU-MIMO Tx-BF 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Aruba, 2021, p. 16. 
Ao receber o CSI-R, o AP alterará os parâmetros de transmissão 
(beamformer) e atualizará sua matriz de comunicação para aquele destinatário, 
otimizando a taxa de erro e a taxa de transmissão. 
Como a interface é multiusuário, será necessário criar um handshake para 
atender aos diversos clientes. A figura a seguir ilustra como o AP espera os 
retornos de quatro transceptores, ditos A, B, C e D, em sua área de cobertura. 
Figura 10 – CSI-R do WiFi 5 
 
Fonte: Brustolin, 2022, com base em Aruba, 2021, p. 18. 
4.2 Camada de enlace (MAC) 
 
 
21 
A camada de enlace ou, na terminologia IEEE, Medium Access Control 
Layer (MAC) das versões mais recentes de WiFi, centralizam, em sua maioria, 
os avanços tecnológicos de cada upgrade. Apesar disso, todas as versões 
utilizam o método de controle de acesso batizado de CSMA/CD. A seguir, vamos 
detalhar minimamente esse método. 
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) ou acesso múltiplo por detecção 
de portadora faz com que todos os usuários aguardem a presença da portadora 
para entrar em operação. Detectada a portadora, o dispositivo escutará o meio 
antes de iniciar a transmissão. Caso o meio esteja ocupado, o dispositivo 
agendará a transmissão. Essa técnica de escuta do CSMA evitaria, a princípio, 
colisões ou transmissões simultâneas inadvertidas. Porém, como a área de 
cobertura de um AP é maior que a área de escuta potencial de um dispositivo, 
dois dispositivos distantes (que não se escutam mutuamente) podem iniciar a 
transmissão simultaneamente. O mesmo fenômeno pode ocorrer entre dois 
dispositivos que se escutem, porém, o atraso na propagação do sinal os leva a 
iniciarem transmissões sucessivas. 
Quanto mais dispersa fisicamente for a rede, maior a possibilidade de 
colisões. As técnicas de tratamento das colisões é que dão nome às versões do 
CDMA. 
O CDMA/CA identifica o CDMA Collision Avoidance, já o CDMA/CD 
designa a versão que trata o problema por detectação (Collision Detection). No 
CDMA/CD, caso ocorra a colisão, a estação emitirá um frame de colisão (jan 
signal). Percebido o jan signal, as estações que estavam em transmissão 
interrompem a emissão e passam a aguardar um lapso aleatório de tempo, 
quando reiniciarão a tentativa de transmissão. 
Esse processo demanda certo tempo e é conhecido como slot time da 
rede. O cálculo do slot time será feito da forma descrita a seguir. Suponha uma 
rede com dois nós A e B (veja a figura a seguir). Se A iniciar a transmissão antes 
que os dados alcancem B, mas com uma diferença infinitesimal para esse 
momento, B, escutando o meio ainda livre, pode entrar também em transmissão. 
Nesse caso, uma colisão ocorrerá. Ela será percebida por B, que cessará a sua 
transmissão emitindo o jan signal, que deve se propagar até A para que este 
saiba do insucesso da transmissão. 
Figura 11 – Cálculo do slot time em CSMA/CD 
 
 
22 
 
Fonte: UFES, 2021. 
Considerando o exposto, o tempo de detecção da colisão é, no limite, 
duas vezes o retardo de propagação entre A e B. Para que calculemos o slot 
time máximo, basta que A e B sejam extremos da rede. 
Detectada a colisão, dois serão os métodos de espera de retransmissão: 
orderly backoff e truncated exponencial backoff. Retornaremos a esses métodos 
oportunamente ainda neste curso. 
Terminada essa breve descrição do controle de acesso, voltemos às 
considerações sobre os avanços da versão 5. Comentamos, enquanto 
escrevíamos a camada PHY, que uma das principais diferenças entre a versão 
4 e 5 era a capacidade de conectar mais de um cliente simultaneamente, 
transformando o MIMO do 802.11 n em MU-MIMO. Como a gestão desse 
protocolo ocorre na camada MAC, vamos melhor entendê-lo a seguir. 
Para que tenhamos mais de uma conexão simultânea na técnica SDM, é 
necessário que tenhamos um novo par de antenas a cada nova conexão 
simultânea desejada. Esse fato inviabilizaria a popularização de rádios-cliente 
em virtude não apenas do custo do HW de transmissão, mas também das 
complexidades de processamento carreariam eletrônicas mais complexas e 
caras. O padrão 802.11 ac enfrenta esse problema pela decisão de agregar 
 
 
23 
complexidade apenas no AP. Na versão 5, apenas o AP tem capacidade de 
executar o protocolo MU-MIMO completo. Por esse motivo, nesta tecnologia, é 
comum vermos a expressão DL MU-MIMO, ou seja, MIMO multiusuário de 
downlink. 
O AP pode ser montado com múltiplos pares de antena, e a cada par, uma 
nova conexão simultânea se vê habilitada. Como os equipamentos-cliente 
possuem apenas um par de antenas, o up link será monousuário. Dessa forma, 
na versão WiFi 5 os usuários seguem o procedimento de escuta e ocupação 
isolada do canal para realizar o up link. O AP, entretanto, é capaz de realizar o 
downlink de múltiplos usuários simultaneamente. Como o tráfego de descida é 
muito mais intenso que o de subida, essa solução obtém uma taxa média de 
transmissão alta. 
TEMA 5 – IOT E WIFI 
O uso de WiFi para comunicação de objetos IoT não foi uma associação 
muito feliz. As versões iniciais do WiFi tinham problemas de operação em 
ambientes ruidosos, alcance limitado e não operavam bem com densidades altas 
de conexão. A versão 4 resolveu alguns desses problemas, permitindo maior 
resiliência. 
A evolução para a versão 5, IEE 802.11 ac, permite alta capacidade de 
transmissão e média densidade de usuários. Objetos IoT têm como 
conectividade ideal uma interface que permita alta densidade de objetos sem 
necessidade de taxas de transmissão elevadas, exceção feita às capturas de 
vídeo, que constituem-se em objetos IoT com características diferenciadas em 
relação à maioria dos objetos. 
Essa particularidade dos objetos IoT os tornaram problemas para as redes 
WiFi 5, pois a conexão de um usuário nessas redes pressupõe a reserva de 
espectro, limitando seu número e reduzindo o throughput para os clientes-padrão 
da rede. Outra observação importante quanto ao uso de WiFi 5 é que redes IoT 
de alta demanda de dados (como serviços de captura de vídeo de segurança, 
por exemplo) referem-se à técnica DL MU-MIMO. Como sabemos, o protocolo 
multiusuário do 802.11ac funciona bem para um perfil assimétrico de tráfego, 
com maior densidade no download de dados. A aquisição de vídeo é assimétrica 
no sentido contrário, dessa forma, o protocolo multiusuário não operará a 
contento. 
 
 
24 
5.1 Associação de interfaces de radiopropagação 
Entendidas essas limitações, mas também as imensas possibilidades do 
WiFi, soluções que combinam essa interface com outras de menor desempenho, 
porém, de maior resiliência e capacidade de tratamento de alta densidade de 
usuários, podem gerar produtos de excelente adaptação aos objetos IoT. 
Ramly et al. (2020) propõem uma rede de sensores LoRa para aplicação 
em agricultura de precisão. Esses sensores obtêm informações do solo e do 
ambiente (como nutrientes, umidade e temperatura), compartilhando esses 
dados por rádio, segundo protocolo LoRaWAN. Alguns sensores têm também 
capacidade de videomonitoramento, fornecendo, potencialmente, imagens em 
tempo real da área cultivada. Essas imagens não podem ser transmitidas no 
mesmo protocolo que as informações de solo. 
Ramly propôs, então, uma rede 802.11 ax em operação para aquisição de 
ambos os perfis de dados (dados de sensoriamento e imagens), e quando a 
qualidade da rede WiFi degradar, a operação é comutada para o rádio LoRa, 
abandonando temporariamente as informações de vídeo, mas mantendo os 
dados dos sensores on-line. 
 
 
 
25 
5.2 WiFi HaLow 
Preocupado com esta incompatibilidade entre a evolução dos padrões 
802.11 e o crescimento dos objetos inteligentes, o IEEE criou um grupo de 
estudos para definir um padrão que melhor se adaptasse ao uso com IoT. Em 
2018, os primeiros white papers sobre o padrão IEEE 802.11ah foram 
publicados. Até a conclusão dessa publicação, equipamentos comerciais com 
essa tecnologia ainda não estavam disponíveis. Dessa forma, ainda não 
podemos afirmar se será ou não um padrão de uso frequente. 
O IEEE 802.11 ah ou WiFi HaLow foi idealizado para operar em 
frequências de espectro baixo associado ao foco em economia de energia. A 
faixa de frequência da interface física encontra-se em torno dos 900 MHz. Nessa 
faixa, há diferenças regulatórias entre nacionalidades (reserva da faixa 863-868 
Mhz na Europa e 902-928 Mhz nos EUA, por exemplo), o que dificulta uma 
regulamentação mais rígida quanto ao espectro específico de utilização. O fato 
é que, nesse espectro inferior, as distâncias cobertas pela rede serão maiores, 
assim como a transparência a objetos. 
O padrão permite vários modos de operação, facultando a escolha da 
priorização entre throughput, distância e eficiência energética. Distâncias típicas 
estão entre 100 m e 1 km, e taxas de transmissão entre 150 kbps and 8 Mbps. 
A camada de enlace desse padrão possui mecanismos de controle que 
permitem alterar a eficiência da conexão em função do foco escolhido para a 
operação. Das facilidades de controle, o RAW (Restricted Access Window ou 
janela de acesso restrito) é aquele que melhor supre os requisitos de operação 
de IoTs (Tian et al., 2021). 
Testes utilizando rádios IEEE 802.15.4g (ZigBee), mas seguindo as 
especificações do protocolo 802.11.ah, demostraram que existe viabilidade 
dessa aplicação em cidades inteligentes, com ambientes heterogêneos e em 
NLOS (Koninck et al., 2020). As versões comerciais provavelmente incluirão 
processo de inteligência artificial para auxiliar na decisão de parâmetros de 
propagação de cada rádio. Uma vez que o ambiente é mutável e a tecnologia 
não delega as decisões para um ponto central, certa inteligência deverá ser 
implementada. 
 
 
26 
FINALIZANDO 
 Nesta aula, revisamos alguns conceitos de radiopropagação e estudamos 
a primeira das redes em uso para conectividade de objetos IoT, as redes IEEE 
802.11. Verificamos que a maioria dos padrões de rede WiFi em uso não são 
ideais para a conectividade IoT, mas sua popularidade, tanto para uso doméstico 
quanto comercial, faz com que seja mandatório seu estudo. Estudamos, então, 
especificamente, o padrão WiFi 5, por se tratar do padrão preponderante nas 
novas instalações de WLAN. Apresentamos os padrões HaLow e WiFi 6, bem 
como apontamos as tendências nas padronizações 6E e 7, que merecerão nossa 
atenção futuramente por serem adaptáveis aos requisitos dos objetos IoT. 
 
 
 
27 
REFERÊNCIAS 
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em: 15 fev. 2022. 
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WFA – Wi-Fi Alliance. 2018 Wi-Fi predictions. 2018. Disponível em: 
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ZTEC Company. Wi-Fi 6 Technology and Evolution White Paper. Disponível 
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