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28-Jun-2018 15:50 - Atualizado em 28/06/2018 16:03
WiFi

A Evolução do WiFi

Casa Inteligente é uma evolução da Casa Conectada, que, por sua vez, é uma evolução da Automação Residencial mais “tradicional”. Esta evolução se baseia em alteração de modelo de negócios, simplificação de sistemas, maior integração entre fabricantes e possibilidade de crescimento pontual.

A grande maioria das tecnologias necessárias para viabilizar esta evolução já existiam; até mesmo a Internet das Coisas não é propriamente uma nova tecnologia. O que tem ocorrido é a evolução destas tecnologias já conhecidas para atender às novas necessidades que se apresentam na evolução até a Casa Inteligente.

São casos típicos o Bluetooth que ganhou uma versão em rede (Mesh) e os protocolos ZigBee e Zwave que estão ganhando novas versões com maior segurança, criptografia e maior facilidade de uso.

A Internet, por sua vez, é algo vasto, e não pode ser tratada como uma única tecnologia. Um de seus ramos, a conexão sem fio, também conhecida como WiFi, é muito utilizada tanto nas comunicações mais tradicionais de computadores e celulares à rede Internet, quanto nas comunicações com equipamentos inteligentes como sensores e assistentes pessoais como o Alexa.

O WiFi mais comum apresenta algumas características que não são ótimas para aplicações como a Casa Inteligente: seu alcance, por exemplo, tem limitações que dificultam seu uso em grandes áreas ou através de obstáculos como paredes e lajes.

Mas, sempre que uma tecnologia apresenta desvantagens aparecem soluções para minimizar estes entraves.

A solução para resolver o problema de alcance do WiFi é o uso de mais de um roteador, localizados em pontos que garantam a cobertura necessária. Estes roteadores são configurados como pontos de acesso (AP – Access Points), com o mesmo nome de identificação da rede e a mesma senha (ou outra forma de validação). Assim, o cliente (smartphone por exemplo), pode se conectar a qualquer dos pontos de acesso sempre achando que está na mesma rede. Esta solução funciona adequadamente, mas tem seus pontos de preocupação.

Nesta solução, os AP´s têm que ser do mesmo fabricante e têm que falar diretamente com o roteador principal, seja através de cabos (dificultando sua instalação), seja compartilhando da mesma banda que é oferecida ao usuário (diminuindo a performance de comunicação do sistema). E cada fabricante tem a liberdade de definir como acontece a comunicação entre seus AP´s.

A WiFi Alliance, uma organização mundial de empresas envolvidas na comunicação sem fio focada em definir padrões e critérios para garantir o uso correto e adequado da tecnologia, viu a necessidade de criar algumas diretrizes e especificações que padronizassem a forma de se implementar redes com múltiplos AP´s de forma consistente.

Temos, então o WiFi CERTIFIED EasyMesh™, que busca padronizar o uso de múltiplos AP´s em instalações WiFi. 

2018, editor,
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Entre as vantagens ao se adotar esta certificação podemos citar:

Projeto flexível: Cobertura estendida pelo uso de múltiplos AP´s sem a necessidade de cabeamento

Fácil instalação: Configuração automática de dispositivos

Inteligência na rede: Rede com organização e adaptação automática para garantir a melhor cobertura e performance

Balanço de carga: Dispositivos cliente são guiados a se conectarem ao AP que melhor atenderá suas necessidades

Escalabilidade: novos AP´s de qualquer fabricante podem ser adicionados automaticamente à rede a qualquer instante.

E como isso vai funcionar?

Vamos ser um pouco mais técnicos.

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O programa WiFi EasyMesh define os protocolos de controle entre os AP´s, os mecanismos de roteamento do tráfego na rede e os “data objects” necessários para permitir a fácil inclusão de novos AP´s à rede. Esta inclusão se expande para incluir o controle e o gerenciamento destes AP´s dentro da rede WiFi EasyMesh.

Uma rede WiFi EasyMesh é composta por um controlador que gerencia a rede e os AP´s conectados a esta rede, que são chamados de agentes. Em geral o controlador WiFi EasyMesh está localizado no gateway ou roteador que conecta a rede doméstica ao provedor de serviços de conexão (Internet), podendo este gateway também ser um agente da rede, se ele permitir conexões WiFi de clientes. Este controlador, contudo, pode estar localizado em qualquer lugar da rede, não necessariamente no gateway.

O número de dispositivos em uma rede WiFi EasyMesh depende das necessidades do local; podemos ter instalações com um controlador e dois agentes, enquanto outras instalações podem contar com um controlador e uma quantidade muito maior de agentes. A única exigência é que haja apenas um controlador.

Em muitas residências não há disponibilidade de Ethernet (conexão cabeada) em todos os locais. De forma a que isto não interfira na localização ótima dos AP´s, a WiFi EasyMesh oferece uma série de possibilidades de conexão entre seus nós, incluindo WiFi, Ethernet e aqueles que seguem o protocolo IEEE 1905.1. Os principais são:

  • Wi-Fi 2.4 GHz
  • Wi-Fi 5 GHz low band: channels 36~65, U-NII-1, U-NII-2ª
  • Wi-Fi 5 GHz high band: channels 100~165, U-NII-2C, U-NII-3
  • Ethernet 

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Nas redes WiFi EasyMesh o controlador é um dispositivo lógico que pode ser instalado em qualquer dispositivo da rede, compartilhando suas funções com as do dispositivo.  O controlador é responsável pela inclusão de novos dispositivos à rede e pela definição de suas funções. Ele também gerencia todos os agentes de sua rede. O controlador recebe informações de métricas e de capacidades de cada dispositivo e controla os parâmetros operacionais dos AP´s, tais como canais de comunicação, topologia e roaming de clientes entre agentes. Ele também envia comandos aos agentes para garantir o balanceamento de cargas e para outras funções gerenciais.

Todos os AP´s em uma rede WiFi EasyMesh são agentes. Os agentes também são uma entidade lógica que executa comandos vindos do controlador e informa suas métricas e capacidades ao controlador e a outros agentes. Este agente também é a interface WiFi com os dispositivos clientes.

Dispositivos clientes como smartphones, TV´s e notebooks se conectam aos agentes usando uma conexão WiFi padrão. Os agentes entregam os dados aos seus destinos, podendo ser um outro AP ou a própria Internet, através de links dedicados. Os links com os clientes e entre os agentes podem utilizar rádios separados para aumentar a performance, mas isso dependerá das características de cada agente. A rede WiFi EasyMesh pode dinamicamente alterar as rotas tanto dos links dos clientes quanto entre agentes visando se adaptar às condições de momento da rede.

Uma rede WiFi EasyMesh foi desenvolvida para ser colocada para funcionar em minutos, mesmo sem experiência técnica, independentemente do fabricante. Uma vez que o controlador é definido, este se responsabiliza por configurar os demais AP´s como agentes da rede. Novos agentes são adicionados à rede de forma automática pelo controlador.

Onboarding” é o processo de inclusão de um dispositivo na rede WiFi EasyMesh, usando WiFi ou conexão cabeada. Uma vez que um agente é conectado à rede WiFi o protocolo inicia o processo de inclusão, onde o controlador questiona cada agente sobre itens como a quantidade de rádios e quais versões de WiFi suporta. Estas informações também são passadas aos demais agentes. Com essas informações, o controlador decide a melhor configuração para cada dispositivo. O controlador também define a topologia a ser usada, podendo alterá-la quando determinar necessário.

Dentre as capacidades gerenciais que o controlador pode tomar, baseado nas informações que recebe dos agentes, estão: instruir agentes a mudar de canal, aumentar ou diminuir a potência de transmissão, ou pedir que o agente quando uma certa quantidade de banda for consumida.

O controlador pode, ainda, comandar ou sugerir a um cliente que mude sua conexão para um outro agente, visando melhorar a performance deste cliente.

Em resumo, a rede WiFi EasyMesh pode ser considerada como uma rede de gerenciamento da rede WiFi padrão, visando facilitar sua instalação e modificações, maximizar a performance e garantir cobertura de WiFi por todo o ambiente.

Mas talvez o maior valor da WiFi EasyMesh é ser uma infraestrutura pensada para a Casa Inteligente e o uso da Internet das Coisas. Quando pensamos em Casa Inteligente temos que pensar que sua implementação será feita gradualmente, como o acréscimo pontual de dispositivos ao longo do tempo. Podemos começar com um assistente virtual e algumas lâmpadas, mais tarde acrescentar um controlador de temperatura. Depois podemos pensar na TV, no streaming de vídeo e na parte de áudio. E vamos assim crescendo o sistema dentro da Casa Inteligente e com isso a necessidade de cobertura e performance de nosso WiFi (talvez ainda sofrendo interferências de Bluetooth e ZigBee).

Assim, seria muito bom termos uma infraestrutura de WiFi que estivesse sempre buscando sua melhor performance e que facilmente pudesse crescer, acrescentando, por exemplo, um AP na garagem (não tinha pensado nisso antes, mas minha furadeira de bancada agora é IoT)!

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