Por trás da tecnologia: Wi-Fi

Introdução

Já parou pra pensar em como a sociedade tem avançado no âmbito tecnológico nos últimos anos? Há tantos avanços que é difícil acompanhar e entender todos eles. Por isso, nosso blog iniciará agora uma nova série chamada “Por trás da tecnologia”, que visa abordar diferentes tipos de inovações que utilizamos diariamente, com o intuito de te ajudar a entender a tecnologia que o cerca. E neste post, falaremos sobre o Wi-Fi, rede tão importante e tão presente na nossa sociedade que necessita de um pouco mais de atenção para entendermos seu funcionamento. Vamos lá?

Definição e História

O que é?

Wi-Fi é uma tecnologia de rede sem fio que permite que computadores (laptops e desktops), dispositivos móveis (smartphones e dispositivos vestíveis) e outros equipamentos (impressoras e câmeras de vídeo) se conectem à Internet. O Wi-Fi permite que esses e muitos outros dispositivos troquem informações entre si, criando uma rede. Quando você acessa o Wi-Fi, está se conectando a um roteador sem fio que permite que os dispositivos compatíveis com Wi-Fi façam interface com a Internet.

Neste tipo de rede, os pacotes são transmitidos por meio de canais de frequência de rádio ou infravermelho. A norma especifica bandas de 902 até 928 MHz, 2,4 até 2,48 GHz e 5,75 até 5,85 GHz. São bandas de frequência ISM (Industrial, Scientific and Medical), ou seja, podem ser utilizadas sem a necessidade de uma licença.

Como e quando surgiu?

A origem da criação das bases do Wi-Fi data do ano de 1940, quando a popular atriz e inventora Hedy Lamarr desenvolveu uma maneira de prevenir que sinais de rádio sejam manipulados por pessoas desconhecidas, já que, naquela época, torpedos controlados por ondas de rádio podiam ser facilmente interceptados e ter suas rotas adulteradas durante a guerra, acabando com ataques feitos pela tropa marinha dos Estados Unidos. Para isso, ela teve a brilhante ideia de criar sinais com saltos de frequência, possibilitando o controle desses sinais pelos seus idealizadores, fazendo com que eles pulassem de uma frequência para outra, impedindo interferências externas.

Hedy Lamarr. Crédito: Wikipédia

Já em 1971, a universidade do Havaí providenciou a primeira demonstração pública de um pacote de uma rede de dados sem fio, a ALOHAnet, que operava em ondas de rádio UHF (Ultra High Frequency). O sistema incluía sete computadores espalhados por quatro ilhas, os quais podiam se comunicar com o computador central na Ilha Oahu sem a utilização de linhas telefônicas.

Em 1985, uma decisão da Comissão de Comunicações Federal dos EUA disponibilizou a banda ISM para uso não licenciado. Essas bandas de frequência são as mesmas usadas por equipamentos como microondas, e estão sujeitos a interferência. Em 1991, a NCR Corporation junto com a AT&T Corporation inventaram o precursor do 802.11, voltado ao uso em sistemas de caixa de supermercado, nomeado WaveLAN.

Posteriormente, o radioastrônomo australiano Dr. John O’Sullivan, com seus colegas Terence Percival, Graham Daniels, Diet Ostry e John Deane desenvolveram a patente chave usada no Wi-Fi como subproduto do projeto de pesquisa da Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO). Dr. O’Sullivan e seus colegas são creditados como inventores do Wi-Fi. Em 1992 e 1996, CSIRO obteve as patentes para o método posteriormente utilizado nessa rede sem fio para “tirar a mancha” do sinal.

Dr. John O’Sullivan. Crédito: Kids News

A primeira versão do protocolo 802.11 foi lançada em 1997, e providenciava uma velocidade de até 2 Mbit/s. Isso foi atualizado em 1999 com 802.11b para permitir uma velocidade de 11 Mbit/s, o que se popularizou.

Em 1999, a WiFi Alliance formou uma associação comercial para adquirir a marca “WiFi” e começar a fabricar seus próprios produtos.

Como funciona?

As redes Wi-Fi fazem uso de ondas de rádio comuns para transmitir as informações de Internet, assim como acontece com a televisão, rádio e celular, por exemplo. Essas redes funcionam através de ondas de rádios transmitidas por meio de um adaptador, o roteador, que recebe os sinais, decodifica e os emite a partir de uma antena, sendo a parte principal do Wi-Fi. As ondas são transmitidas a partir de flutuações no campo magnético da antena, que são criadas pela movimentação de elétrons em volta do condutor.

Crédito: BRIGHT SIDE

O ato da síntese de ondas de rádio é uma dança cuidadosamente ritmada e coreografada de elétrons, performada em um pequeno fio de cobre. Assim como perturbações em superfícies aquáticas que irradiam do ponto de distúrbio, os elétrons fluem na antena causando perturbações no campo eletromagnético, que se propaga no espaço como ondas eletromagnéticas.

Crédito: BRIGHT SIDE

Quando algum dispositivo manda uma mensagem via WiFi, ele seta um série de eventos que codificam essa mensagem em uma cuidadosa dança de elétrons. Essa dança resulta em refluxos rítmicos e fluidos no campo magnético no espaço, o qual irradia o sinal para uma torre.

Crédito: BRIGHT SIDE

A antena receptora na torre identifica as ondas na sua superfície condutora, induzindo uma dança de elétrons muito similar a do transmissor. Essa dança é, novamente, uma série de pulsos eletrônicos em pequenos fios de cobre, a qual é decodificada pelo hardware localizado na torre. A informação decodificada é, então, transmitida por cabos de alto rendimento por milhares de kilometros, atravessando países, continentes e até oceanos, chegando, assim, na torre correspondente ao local que sua mensagem deve chegar, e daí, a torre transmite a mensagem para o dispositivo receptor pelo caminho inverso do que já foi explicado.

Comunicação entre dispositivos

A comunicação entre os dispositivos conectados na rede Wi-Fi é feita através do protocolo 802.11, que possibilita a eles reconhecerem as informações uns dos outros. Esse protocolo apresenta variações, a, b, g e n.

O 802.11b tem um custo mais baixo que os demais, utiliza uma frequência de 2.4 GHz e velocidade de até 11 megabits por segundo. Já o 802.11a transmite as informações na faixa 5GHz com velocidade de até 54 megabits por segundo, sendo considerado mais eficiente que o modelo anterior, por ter melhor frequência e velocidade quase cinco vezes mais rápida. A versão 802.11g é bem mais rápida do que a “b”, apesar de usar a mesma frequência de 2.4GHz. Isso acontece porque ela usa a mesma técnica do padrão “a” de divisão do sinal para evitar interferências, alcançando os mesmos 54 megabits por segundo. Este modelo é o mais encontrado no mercado atualmente. Já o padrão 802.11n é o mais novo e foi criado com o objetivo de aumentar tanto o alcance como o sinal de transmissão e tem limite de até 140 megabits por segundo.

Ondas de Wi-fi podem ser prejudiciais a saúde?

Sucintamente, não. O Wi-Fi trabalha em voltagens extremamente baixas. Mesmo a uma distância curta do provedor, o sinal da rede sem fio é apenas mais um entre a “neblina” de sinais gerados por outros componentes eletrônicos, como TV e rádio. Wi-Fi utiliza comprimentos de onda de radiação não ionizantes, que são inofensivos a seres humanos. O sol, por outro lado, utiliza comprimentos de onda de radiação ionizantes (ou raios ultravioletas) que podem fazer mal.

Por fim, de acordo com a Organização Mundial de Saúde, não existe nenhuma evidência científica que comprove que exposição a níveis baixos de campos eletromagnéticos tem qualquer tipo de efeito negativo ao nosso corpo.

Modem vs Roteador

Diversas pessoas acreditam que um modem e um roteador são a mesma coisa, porém eles possuem diferentes funções em uma rede. Vamos entender quais são elas.

Modem

Modem é o aparelho que transmite o sinal de internet pra dentro de sua casa ou seu estabelecimento. Ele estabelece e mantém a conexão através do seu provedor de internet, disponibilizando o acesso a essa rede. A razão pela qual a utilização do modem é necessária se dá pela diferença entre os dois tipos de sinais que são utilizados no computador e na internet. Um computador apenas trabalha com sinais digitais, enquanto sinais que viajam pela internet são analógicos. Portanto, o modem demodula o sinal analógico da internet para um sinal digital, possibilitando sua leitura pelo computador, e, consequentemente, ele modula seu próprio sinal digital em analógico assim que ele é enviado para a internet.

Transmissão via Wi-Fi pelo Modem. Crédito: Powercert Animated Videos

Roteador

Roteador é o aparelho que roteia ou transmite a internet fornecida pelo modem para todos os dispositivos dentro de sua casa ou de seu estabelecimento. Mesmo sem o roteador, é possível acessar a internet somente pelo modem, basta apenas conectar um cabo do modem ao computador (por exemplo). Porém, a vantagem do roteador é que ele é capaz de direcionar a internet para diversos dispositivos como celular, computador, tablet, etc, sem a necessidade de conexões com fios.

Funcionamento de um Roteador. Crédito: WordPress

Há também a possibilidade do modem ter um roteador embutido, não necessitando de um externo para transmitir internet sem utilização de fios.

Usos e Aplicações

Apesar do Wi-Fi ter se popularizado pela sua utilização dentro de residências, essa rede sem fio pode e está sendo usada em outros lugares. Vamos conferir onde.

Wi-Fi Industrial: ISA100 e WirelessHART

Uma das áreas na qual a tecnologia de rede sem fio é largamente utilizada é na industrial. O comando e o controle de instrumentos dentro de uma industria exerce uma função vital para a realização do trabalho, por isso essa área sempre esteve em desenvolvimento. Até meados dos anos 2000, esse controle só podia ser feito através de ligações com fios, dificultando e limitando a ação dos instrumentos, porém, em 2004, foi criado o WirelessHART, na qual o protocolo HART, já existente na época, passou a interconectar instrumentos sem a utilização de fios e, em 2009, a ISA lança a primeira versão da norma ISA 100.11a, que tem os mesmos objetivos básicos, fazer instrumentação e controle de processos industriais sem fio.

WirelessHART e ISA100. Crédito: SlideShare

A ISA 100 é uma norma, na qual define aplicações desde o nível sensor, que é a instrumentação, até comunicações em backbone, isto é, esta norma tem uma abrangência além da instrumentação do campo, por isso temos suas divisões. A ISA 100.11a define os padrões para sensores de rede, tratando da instrumentação de medição do processo, e a ISA 100.15 define padrões para comunicação Wi-Fi e 3G, por exemplo, que é chamado de backhaul, que nada mais é do que a integração de diversos níveis, por gateways multiprotocolos na rede.

A rede WirelessHART segue a mesma ideia do ISA 100.11a, o que é mais importante entender é que o protocolo é o HART, já conhecido e amadurecido no mercado, muito conhecido no meio dos instrumentos com fio, agora comunicando de forma sem fio.

Wi-Fi de abrangência municipal

No início dos anos 2000, muitas cidades ao redor do mundo anunciaram planos para construir redes Wi-Fi em toda a cidade. Há muitos exemplos de sucesso. Em 2004, Mysore tornou-se a primeira cidade da Índia com Wi-Fi disponível, sendo a segunda do mundo, depois de Jerusalém. Uma empresa chamada WiFiyNet montou hotspots em Mysore, cobrindo completamente a cidade e algumas aldeias próximas.

Em 2005, Sunnyvale, na Califórnia, tornou-se a primeira cidade dos Estados Unidos a oferecer acesso Wi-Fi gratuito em toda a cidade, e Minneapolis gerou 1 200 000 dólares estadunidenses em lucros anuais para seu provedor.

Outras cidades que conseguiram implementar Wi-Fi grátis em suas regiões são: Nova Iorque (EUA), Helsinque (FIN), Hong Kong (CHI), Macau (CHI), Paris (FRA), Perth (AUS), etc.

Local público com distribuição de sinal Wi-Fi. Crédito: Wikipédia

Wi-Fi de abrangência de campus

A utilização da internet em faculdades é imprescindível para que alunos tenham acesso a seus estudos em plataformas online, portanto a implementação de uma rede sem fio nessas instituições era necessária. Em 1993, Carnegie Mellon University construiu a primeira de todas as Redes com Internet Wi-Fi com Abrangência de Campus, chamado Wireless Andrew em seu campus de Pittsburgh, nos Estados Unidos, antes da própria marca Wi-Fi ser criada.

Em 2002, um avanço significativo nessa área tecnológica possibilitaria a implementação de redes Wi-Fi em praticamente todas as universidades do mundo. Esse avanço seria a criação do Eduroam.

Crédito: eduroam.org

Eduroam (acrônimo em inglês para education roaming) é uma rede de serviços internacional de roaming para os usuários em pesquisa no ensino superior e cursos subsequentes. Ela fornece aos pesquisadores, professores e estudantes um fácil e seguro acesso a rede ao visitar uma instituição diferente da sua. A autenticação de usuários é realizada pela sua instituição de origem, usando as mesmas credenciais utilizadas ao acessar a rede local, enquanto a autorização para acesso a Internet e outros recursos é tratada pela instituição visitada. Os utilizadores não pagam para usar o serviço, que é fornecido a nível local pelas instituições (universidades, faculdades, institutos de pesquisa e etc.).

A nível nacional é organizada pelo Roaming Nacional de Operadores, que são, em muitos casos, as Redes de Pesquisa e Educação (Nren) de seus países. No caso do Brasil é provida pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP). A nível global, a organização está sob o patrocínio da TERENA, que é também detentora dos copyrights da marca.

Comunicações diretas de PC para PC

O Wi-Fi também permite a comunicação direta de um computador para outro sem ponto de acesso intermediário. Isso é chamado transmissão Wi-Fi Ad-Hoc. Este modo de rede sem fio provou ser popular com consoles de jogo multijogadores portáteis, como o Nintendo DS, Playstation Portable, câmeras digitais e outros dispositivos eletrônicos. Alguns dispositivos também podem compartilhar sua conexão de Internet usando Ad-Hoc, tornando-se hotspots ou “roteadores virtuais”.

Considerações Finais

Espero que este artigo tenha te ajudado de entender como o WiFi funciona, dando-lhe uma boa base de conhecimento. Esta tecnologia está presente em nossa sociedade a pouco tempo, porém já exerce uma função inestimável no funcionamento das comunicações humanas. Entender essa rede sem fio é importantíssimo para compreendermos o quanto já avançamos tecnologicamente.

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Referências

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Ricardo Lousada
Ricardo Lousada
Graduando em Engenharia de Controle e Automação pela UFMG. Ocupo meu tempo aprendendo cada vez mais sobre eletrônica e programação, áreas que mais gosto. Meus hobbies são cinema e livros.
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