Alcance e interferência

Placas Wi-Fi também são placas Ethernet. As diferenças com relação às placas cabeadas se restringem às camadas 1 e 2 do modelo OSI, ou seja na camada física (representados pelos transmissores e antenas) e link de dados (a modulação do sinal, encriptação via WPA ou WEP, correção de erros e outras funções executadas pelo chipset placa). Do nível 3 em diante temos o TCP/IP e as demais camadas da rede, que funcionam da mesma forma que em uma rede cabeada.

Com relação à transmissão dos dados, a principal diferença é que em uma rede wireless o meio de transmissão (o ar) é compartilhado por todos os clientes conectados ao ponto de acesso, como se todos estivessem ligados ao mesmo cabo coaxial. Isso significa que apenas uma estação pode transmitir de cada vez, e que todas as estações dentro da área de cobertura recebem todos os pacotes transmitidos da rede, independentemente do destinatário. Isso faz com que a segurança dentro de uma rede wireless seja uma questão sempre bem mais delicada que em uma rede cabeada.

O número máximo de clientes simultâneos suportados pelo ponto de acesso varia de acordo com o fabricante e o firmware usado. Muitos pontos de acesso 802.11b antigos eram limitados a 30 clientes, mas os atuais suportam um número maior. O grande problema é que a banda disponível é compartilhada entre todos os clientes, de forma que a velocidade prática da rede cai para níveis cada vez mais baixos conforme novos clientes são conectados, fazendo com que na prática você não consiga atender muito mais do que 20 ou 30 clientes com um mesmo ponto de acesso, especialmente se alguns destes clientes precisarem transmitir grandes quantidades de dados.

Uma solução para áreas onde é necessário atender a um grande número de clientes é utilizar múltiplos pontos de acesso. Ao serem configurados com o mesmo SSID, eles formam uma única rede, de forma que os clientes passam a automaticamente se conectar ao ponto de acesso que oferecer o melhor sinal. Se o objetivo é melhorar a taxa de transferência da rede, o ideal é conectar os pontos de acesso usando cabos de rede e configurá-los para utilizar canais diferentes (veja detalhes a seguir), de forma que eles possam realmente transmitir simultaneamente, sem interferir entre si.

Em situações onde a prioridade é aumentar o alcance da rede, é possível também utilizar repetidores wireless, que permitem estender o sinal do ponto de acesso principal, sem que seja necessário puxar um cabo de rede até eles, como veremos em detalhes mais adiante.

Outra característica das redes wireless é que o alcance da rede varia de forma brutal de acordo com os obstáculos pelo caminho e com o tipo de antenas usadas, entre outros fatores. De uma forma geral, o alcance prometido pelos fabricantes para as redes 802.11b ou 802.11g são 100 pés para ambientes fechados e 500 pés para ambientes abertos, o que equivale a, respectivamente, 30 e 150 metros. Devido ao uso de mais transmissores e mais antenas, o padrão 802.11n oferece um alcance um pouco maior, prometendo 70 metros em ambientes fechados e 250 metros em campo aberto. Entretanto, estes valores são apenas médias estimadas, tiradas em testes padronizados. Em situações reais, podemos chegar a extremos, como links de longa distância de 30 km e clientes que não conseguem manter uma transmissão estável com um ponto de acesso a apenas 6 ou 8 metros de distância.

Os três fatores que explicam diferenças tão brutais são:

a) O ganho das antenas instaladas no ponto de acesso e no cliente.
b) A potência dos transmissores.
c) Os obstáculos e fontes de interferência presentes no ambiente.

As antenas usadas por padrão na maioria dos pontos de acesso, placas e notebooks são antenas dipole com ganho de apenas 2 ou 2.2 dBi, mas existem no mercado antenas com até 24 dBi. Existem ainda casos de antenas de uso restrito, que podem superar a marca dos 30 dBi de ganho.

O “ganho” da antena diz respeito ao quanto ela consegue concentrar o sinal transmitido. Quanto maior o ganho, mais concentrado é o sinal e maior a distância que ele consegue percorrer. Para efeito de comparação, uma antena de 22 dBi transmite um sinal 100 vezes mais concentrado do que uma antena de 2 dBi.

Em seguida temos a questão da potência dos transmissores usados nas placas e nos pontos de acesso, que é medida em milliwatts. Um ponto de acesso típico utiliza um transmissor de 56 milliwatts (17.5 dBm) ou de 63 milliwatts (18 dBm), mas o valor varia de acordo com o modelo e o fabricante (alguns modelos chegam a oferecer 400 milliwatts) e o sinal pode ser amplificado para até 1 watt usando um amplificador externo.

Usar uma antena de maior ganho tem um efeito similar a aumentar a potência de transmissão do sinal e vice-versa. É justamente a combinação do uso de antenas de alto ganho (em muitos casos combinadas com amplificadores) dos dois lados da conexão, com um caminho livre de obstáculos, que permite a criação de links de longa distância.

Por outro lado, em redes domésticas você raramente usa amplificadores ou substitui as antenas do ponto de acesso ou dos clientes e é quase impossível oferecer um caminho livre de obstáculos. Como o sinal wireless utiliza uma potência muito baixa, qualquer obstáculo significativo causa uma grande perda, o que nos leva ao outro extremo, os casos em que o sinal mal consegue percorrer uma distância de poucos metros, um problema que é muito evidente em construções antigas, com paredes de tijolos maciços.

As maiores inimigas do sinal são superfícies metálicas, como grades, janelas, portas metálicas, lajes, vigas e até mesmo tintas com pigmentos metálicos e espelhos. O metal reflete a maior parte do sinal (propriedade que é explorada por muitas antenas), deixando apenas uma pequena parte passar.

Em seguida temos materiais densos, como concreto e pedra. Paredes leves, feitas com tijolo furado absorvem muito menos sinal do que paredes de construções antigas, feitas com tijolos maciços, enquanto lajes ou vigas de concreto com armação metálica absorvem mais do que ambas. O efeito é cumulativo, de forma que quanto mais paredes pelo caminho, mais fraco é o sinal que chega do outro lado.

Outro obstáculo importante são corpos com grande concentração de líquido, como aquários, piscinas, caixas d’agua e até mesmo pessoas passeando pelo local (nosso corpo é composto de 70% de água). Ao contrário dos metais, que refletem o sinal, a água o atenua diretamente, o que acaba tendo um efeito ainda pior.

Além dos obstáculos, temos também focos de interferência, que competem com o sinal do ponto de acesso, prejudicando a recepção por parte dos clientes, assim como duas pessoas tentando falar ao mesmo tempo.

Fornos de microondas operam a 2.4 GHz, na mesma frequência das redes wireless, fazendo com que, quando ligados, eles se transformem em uma forte fonte de interferência, prejudicando as transmissões em um raio de alguns metros. Um forno de microondas é justamente um transmissor de rádio, de altíssima potência, que opera na mesma faixa de frequência das redes wireless, mas que serve para cozinhar alimentos ao invés de transmitir dados. Se você pudesse aumentar a potência de transmissão de uma placa wireless em 10.000 vezes, teria um forno de microondas portátil.

Este é um dos motivos para a existência de normas que limitam a potência de transmissão dos transmissores wireless domésticos a um máximo de 1 watt. No caso do forno de microondas, é usada uma grade de metal para evitar que o sinal de rádio escape. Ela é suficiente para evitar que ele cozinhe as pessoas em volta, mas uma pequena porção do sinal, mais do que suficiente para interferir com as redes wireless próximas, acaba escapando.

Telefones sem fio, além de transmissores bluetooth e outros aparelhos que operam na faixa dos 2.4 GHz, também interferem, embora em menor grau. Os telefones sem fio quase sempre utilizam o modo FH (Frequency Hopping), onde a frequência de transmissão varia em uma sequência predefinida, em intervalos de apenas alguns milisegundos. Com isso o telefone interfere com a rede em alguns momentos, quando as frequências se cruzam (causando uma queda momentânea na taxa de transferência e algumas retransmissões de pacotes), mas raramente o problema é crônico. De qualquer forma, em escritórios e outros ambientes onde vários aparelhos de telefone sem fio precisarem conviver com a rede wireless, é recomendável utilizar aparelhos que trabalham na faixa dos 900 MHz.

Existe também a possibilidade de usar a faixa dos 5 GHz para a rede, que é muito mais “limpa”, resultando quase sempre em um desempenho sensivelmente melhor. O principal problema é que a faixa dos 5 GHz é suportada apenas por parte dos pontos de acesso e placas 802.11n (bem como pelos antigos 802.11a), o que torna muito difícil conseguir fazer com que a rede inteira opere nessa faixa. A menos que possa escolher cuidadosamente todos os equipamentos usados pelos clientes, você vai acabar sendo obrigado a criar uma rede mista, usando um ponto de acesso dual-band (ou dois pontos de acesso separados) para atender aos clientes das duas frequências.

Existe ainda a questão da interferência entre diferentes redes instaladas na mesma área. Imagine um grande prédio comercial, com muitos escritórios de empresas diferentes e cada uma com sua própria rede wireless. Os pontos de acesso podem ser configurados para utilizarem frequências diferentes, divididas em 14 canais. Na maioria dos países, apenas 11 canais podem ser utilizados (devido à questão da legislação) e destes, apenas 3 podem ser usados simultaneamente, sem perdas.

Ou seja, com várias redes instaladas próximas umas das outras, os canais disponíveis são rapidamente saturados, fazendo com que o tráfego de uma efetivamente reduza o desempenho da outra.

A combinação de todos esses fatores faz com que o alcance varie muito de acordo com o ambiente. Você pode conseguir pegar o sinal de um ponto de acesso instalado na janela de um prédio vizinho, distante 100 metros do seu (campo aberto), mas não conseguir acessar a rede do andar de cima (a armação de ferro e cimento da laje é um obstáculo difícil de transpor). Para compensar grandes distâncias, obstáculos ou interferências, o ponto de acesso reduz a velocidade de transmissão da rede, como um modem discado tentando se adaptar a uma linha ruidosa. Os 54 megabits do 802.11g podem se transformar rapidamente em 11, 5.5, 2 ou até mesmo 1 megabit.

Uma última observação é que muitos pontos de acesso possuem problemas com a temperatura, especialmente se você estiver rodando um firmware alternativo. Em dias muito quentes, o ponto de acesso superaquece e o calor prejudica a recepção do sinal, reduzindo o alcance da rede, ou mesmo tirando-a do ar completamente. Ao desligar o ponto de acesso da tomada e ligá-lo novamente pouco depois, tudo volta a funcionar por um certo tempo, até que ele superaqueça e o problema se repita.

Se desconfiar do problema, experimente abrir o ponto de acesso e colocar um ventilador próximo a ele para refrigerá-lo. Se o sinal parar de cair, significa que o problema é mesmo a temperatura. Experimente então adaptar algum tipo de exaustor sobre o ponto de acesso. Como os pontos de acesso dissipam pouca energia (a maioria dissipa 5 watts ou menos), qualquer ventilação ativa é suficiente para resolver o problema.