Power Save Mode - Economizando Energia

     Um dos aspectos mais críticos na indústria de tecnologias móveis é certamente economia de energia. Fabricantes tem investido muito  no desenvolvimento de baterias com autonomia cada vez maior e técnicas que possibilitem fazer essas baterias durarem mais e mais.Porém, a disposição das pessoas em estarem conectadas e muitas vezes maior do que todo o esforço realizado pelos fabricantes. O resultado é uma necessidade cada vez maior por autonomia.
  É esperado que no decorrer dos tempos surja algo realmente revolucionário em termos de baterias. Até agora,entretanto, Níquel,Cádmio,Lítio,etc  tem feito um bom trabalho.
 Na parte da Infraestrutura Client/AP algumas coisas bastante interessantes acontecem para auxiliar neste processo e hoje vamos ver um pouco do que ocorre neste âmbito
visando a economia, um client é capaz de desativar seu rádio e "dormir", caso não esteja em atividade. Ao fazer isso, ele informa primeiramente o Access Point ao qual ele está conectado.
 O Access Point passa a Buferizar os frames tanto unicast quanto broadcast e multicast para o referido Client.
 Assim, frames destinados para o  Client é transferido para o Buffer e o AP adiciona em seus Beacons frames uma informação chamada de TIM (Traffic Indication Map) e DTIM (Delivery Traffic Indication Message). O porque de não serem ambos Map ou Message realmente não sei. A meu ver, se ambos fossem Message, faria mais sentido. Em fim, independente da sigla a função dos dois é bem similar. De tempos em tempos o Client "acorda" e verifica o beacon enviado pelo AP. O AP adiciona as informações de TIM e DTIM e a identificação do Client,chamado de AID. Desta forma, se o Client  verifica a presença de TIM e DTIM e seu AID, ele envia ao AP um tipo especial de frame chamado de PS Poll, requisitando os frames buferizados. Ele enviará PS Poll até que não haja mais frames buferizados.
 Este método tem funcionado nas redes Wireless por bastante tempo mas a necessidade por sistemas ainda mais eficiente levou ao desenvolvimento do padrão 802.11e também chamado de WMM ou Wireless Multimidia.
  Neste padrão, a gerência de economia de energia sai das mão dos Access Point e vai para as mãos dos Clients.
 802.11e também adiciona funcionalidades de QoS (Quality of Service) de forma que o AP não apenas buferiza os frames mas os buferiza em filas. Obedecendo as filas de QoS comum em Wireless: Voice,Vídeo,Best Effort e Beckground.
  A imagem abaixo é bem ilustrativa deste processo:

 Como pode ser visto acima, o processo inicia com o Client informando o AP que irá entrar em modo "Sleep". O AP começa a buferizar frames para o Client. Em um dado momento o Client acorda e solicita os frames buferizados. Porem, reparem que ele solicita por ordem de prioridade.
 E isso é tudo. Mais um assunto muito interessante sobre Wireless.

802.11 Frames

 É bastante comum profissionais de TI pensarem que redes 802.11 são idênticas as 802.3 porém usando radio ao invés de cabos como meio de transmissão. Essa impressão é justificável do ponto de vista das camadas 3 e superiores do modelo OSI, lugar onde muitos profissionais "residem". Mas se considerarmos a camada 2 por exemplo, veremos uma diferença muito grande.
 A principal diferença fica por conta do formato dos Frames em redes Wireless. Ao invés dos dois únicos endereços de camada dois,tão comuns nas redes 802.3, as redes 802.11 possuem até 4 endereços. Neste artigo, vamos explorar um pouco essa parte,por vezes, bastante ignorada no mundo de TI em geral.
 Mas afinal, qual seria a finalidade de um Frame possuir até 4 endereços de camada 2, também conhecido de MAC address ? A explicação fica por conta da forma de comunicação de um dispositivo em uma rede Wireless. Diferente de um dispositivo em uma rede  802.3 que se comunicam diretamente, na rede Wireless isso não ocorre. Para que um Frame possa ser entregue entre dois dispositivos, um dispositivo intermediário precisa atuar.
 Talvez isso fique confuso porque você poderia pensar que também nas redes 802.3 temos um equipamento intermediário que pode ser um Hub ou um Switch. Porém, o fato é que esses dispositivos são totalmente transparentes para quem esteja comunicando na rede. Ou seja, quando um dispositivo envia um Frame para um outro, mesmo que esse Frame passe por um Switch, para o dispositivo transmissor existe apenas ele e o dispositivo final. Ele não toma ciência de todo o processo realizado silenciosamente pelo Switch de receber um Frame, enviar em todas as suas interfaces, exceto a interface que recebeu o Frame, aguardar a resposta do dispositivo alvo e a consequente devolução ao dispositivo original.
 Para quem enviou o Frame, ele foi devolvido pelo dispositivo final puro e simplesmente.
 Nas redes Wireless  não acontece desta forma. Em primeiro lugar, uma rede Wireless é antes de mais nada, uma associação de dispositivos desde a sua concepção. Isso significa que podemos comparar esse tipo de rede a uma associação em que, para fazer parte da mesma, é preciso ter permissão. Uma vez tendo a permissão você passa a ter uma identificação e deverá considerar a necessidade de depender de um dispositivo central, comumente chamado de Ponto de Acesso, para enviar e receber seus Frames. Ainda que padrões como 802.11k venham dizer o contrário da afirmação que acabei de fazer, ele é uma excessão. Bem como redes Ad-hoc.
  Precisar fazer parte de uma associação e depender de um dispositivo central, muda por completo a forma de envio e de recebimento de informações na rede e atribui às redes Wireless uma característica que a diferencia das demais.
  Exposto os conceitos acima, vamos olhar mais de perto um Frame 802.11:

O campo Frame Control trás informações importantes para a gerência da rede Wireless. Ele se subdivide em vários outros campos e podemos ver em destaque dois campos chamados de To DS e From DS.
 Esses campos estão diretamente relacionados com o fato de um Frame ter ou não os 4 endereços presentes.
 Os demais Frames possuem funções cuja explicação tornaria o artigo muito longo e mudaria o foco do mesmo.

Abaixo vamos analisar dois cenários possíveis com o intuíto de explorar os 4 possíveis tipos de endereços. Vamos considerar ainda, baseado na figura acima, duas regras:
-Address 1 sempre contém o "Receiver" address.
-Address 2 sempre contém o "Transmitter" address.

 Essa regra  é importante para nos ajudar a nos localizar em certas situações.

Cenário 1:

 Nesse cenário podemos ver  duas possibilidade para To DS e From DS. Quando To DS possui o valor 1, significa que o Frame vai em direção ao Distribution System, ou seja, ao AP e posteriomente à rede cabeada. Obviamente quando os valores se invertem, ou seja, From DS passa a ter valor 1, o Frame está vindo de algum dispositivo situado na rede 802.3.
 Existem,porém, duas outras opções onde ambos To DS e From DS possuem o valor zero. Isso ocorre quando a comunicação é entre dois dispositivos dentro de uma mesma célula ou BSA,ou quando o Frame é gerado pelo próprio Access Point(Frames de gerência).
 De acordo com o explicado acima, no caso das redes 802.11, essa comunicação se dá com o auxilio do Access Point.
 O cenário acima apenas explora situações onde não haverá a necessidade dos quarto endereços no Frame. To DS e From DS estão assumindo valores Zero e/ou Um. Mas podemos encontrar um outro cenário onde ambos To DS e From DS aparecem com valores Um e,consequentemente, teremos 4 endereços em um único Frame.
 Abaixo veremos esse cenário:

 Quando temos dois dispositivos conectados a Access Points diferentes e ocorre a comunicação entre eles, encontramos a situação onde To DS e From DS apresentam o valor 1 e poderemos ver 4 endereços presente no Frame.
 Para ficar mais claro cada cenário, vamos ´dar nomes aos bois´. No último cenário vamos fazer um exercício de comunicação e analisar as possibilidades:

 No cenário acima, podemos ver, de modo simplificado, a montagem dos Frames quanto aos endereços.
 Vejam que na primeira comunicação, Host 1 irá enviar um Frame para Host2. O Frame será montado da seguinte forma:
Address 1, que como diz a regra, é sempre o Receiver Address(RA), será o endereço do próprio Access Point.
Ainda não havia sido mencionado até aqui, mas o Access Point possui um Mac address atribuído ao seu Rádio. Esse Mac address é usado na comunicação com o dispositivos que fazem parte de sua Célula.
O Access Point ainda possui um Mac Address que é usado para a comunicação com a rede 802.3,afinal, um Access Point também possui um interface Ethernet.
 O Mac Address presente no Rádio possui a designação de BSSID.
Dando sequência a montagem do Frame temos o Address2 que será o Mac Address do próprio Host1 e chama-se Transmitter Address (TA).
 Os conceito de Transmitter aqui faz sentido porém, pensando em termos de 802.3, o conceito de Receiver não faz muito. Afinal, nos passa a impressão de que será quem irá receber o Frame, que no caso deveria ser o Host2.
 Para que não haja uma confusão completa,existe o Source Address (SA). Neste caso sim é o Host2.
 Previsivelmente, no lado 802.3 os endereços de Host1 e Host2 são usado intercaladamente para a montagem do Frame. Não há surpresa aqui e Host2 pensa estar se comunicando diretamente com Host1. É possível observar que o Mac Address BSSID fica no âmbito Access Point/Host1.
 Ao receber o Frame de Host2 o Access Point precisa fazer a conversão entre as redes 802.3 para 802.11 reformulando,desta forma, o Frame.
 Na montagem do novo Frame, o Access Point coloca em Address1 o Destination Address (DA) como sendo o mesmo endereco do Receiver Address (RA), Address2,Transmitter Address (TA) será o endereço do próprio BSSID e, por último, o Source Address(SA) como sendo o Mac Address de Host2.
 Fica claro que na comunicação entre um Client e um Access Point, no sentido To DS o Receiver Address será o Access Point e no sentido From DS o Receiver Address será o Host que originou o Frame, Host1.
 Em resumo temos duas partes nesta comunicação.  Entre Host1 e o Access Point e entre o Access Point e o Host2.
 Na primeira parte temos Transmitter Address e Receiver Address sendo Host1 e a Access Point, respectivamente. Posteriormente temos uma comunicação Ethernet entre o Access Point e Host2 onde, na montagem do Frame, aparece no campo Source Address o endereço  Mac Address do Host1(Spoof: O Acecess Point não considera o Mac Address de sua interface Ethernet mas insere o Mac Address do Host1).  Host2 recebe o Frame, pensando estar comunicando diretamente com Host1. Desta forma devolve o Frame colocando como Source Address seu próprio Mac Address e como Destination o Mac Address do Host1.
 O Access Point recebe o Frame em sua interface Ethernet,identifica o endereço de destino do Host1 e faz a conversão para 802.11.
 Desta vez o Address1(RA=DA) será o Mac Address do Host1, o Address2(TA) será o Mac Address do BSSID e Address3(SA)será o Mac Address do Host2.
 Alguém que esteja lendo isto pela primeira vez certamente irá achar bastante confuso, o que é perfeitamente normal. Mas se o objetivo é compreender esta incrível tecnologia, vale a pena o esforço.
 Desta forma, fico por aqui.  

802.11ac - MU-MIMO

Em novembro de 2012 escrevi algo sobre 802.11ac e hoje gostaria de escrever sobre uma funcionalidade desta tecnologia,chamada de MU-MIMO.
 Lembro que ainda fazia previsões da integração entre tecnologias celulares e Wifi. Certamente essa integração já existia na época, não faz nem tanto tempo assim que escrevi, mas hoje é evidente que elas existem, pelo menos para mim. Na época, entretanto, não era.  Na Promonlogicalis tive a oportunidade de me inteirar de projetos realizado com as operadoras de celular. Apesar de ainda não ter realizado nenhum destes projetos, tenho acompanhado junto com as equipes que os fazem e posso garantir que é extremamente interessante.
  Mas voltando a "previsão" feita em 2012, aquilo que vislumbrei hoje já tem até um nome e se chama Smart Wifi. Cada operadora tem chamado de uma forma. A T-Mobile por exemplo chama de Wifi Calling e já vi outros. Mas enfim, a ideia é justamente aquela que imaginei que haveria. Como disse, não estou requisitando nada em meu nome, certamente tudo isso já estava acontecendo desde então, mas eu ainda estava buscando proximidade com o munto Wifi e ainda não conhecia. Tinha uma ideia de como poderia ser.
 O fato é que com esta funcionalidade, não é preciso mais estar ao alcance de um sinal Celular para usar a rede Celular. Essa integração está cada vez mais evidente e muito esforços estão sendo feito para que isso vá mais e mais longe.
 Entretando,não é esse o objetivo do artigo. Eu gostaria de falar sobre MU-MIMO que significa Multi-User Multiple Input Multiple Output.Esse conceito foi iniciada com 802.11n,porém, em 802.11n tinhamos o que é chamado de SU-MIMO, ou, Single-User. MU-MIMO de fato transforma os Access Points em Switches, vencendo, com  isso, uma barreira tão antiga quando a própria tecnologia sem fio.
 Ao ser capaz de "conversar" com diferentes Clients ao mesmo tempo, um AP não é mais visto como um Hub, ainda que a característica básica de uma BSS (Basic Service Set) continua imutável, todos estão em um mesmo domínio de colisão. Isso talvez não mude nunca.
 Mas como é possível então termos um ambiente segmentado em um mesmo domínio de colisão?
A figura abaixo pode ajudar a compreender:



Fonte:http://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/wireless/aironet-3600-series/white_paper_c11-713103.html

Pois bem. Como podemos ver, aproveitando a capacidade adiquirida em versões anteriores das tecnologias Wifi como  Beamforming, um AP consegue direcionar o Sinal para um determinado cliente e posteriormente para outro.
  Obviamente que o sinal ainda será recebido por todos mas a sencibilidade e a inteligencia dos atuais equipamentos permitem que eles consigam determinar, baseado na potencia ou outro requisito, que o sinal é direcionado a eles.
 A Cisco inseriu na versão 8.0 do AireOS uma funcionalidade chamada de RX-SOP(Inseriu na interface gráfica) onde é possível estabelecer um RSSI mínimo para que um client seja aceito na célula. Após entrar em uma zona cujo RSSI seja inferior a esse treshold, o AP envia desassociation request para o Client, forçando ele a ir para um outro AP.
 Isso sinaliza que é possível estabelecer uma fronteira bastante clara de uma BSA mesmo sendo o sinal eletromaginetico algo táo fluído. Baseado em parâmetros como o RX-SOP, que fique claro que isso não está incluído em MU-MIMO, pelo menos não que eu saiba. Mas permite que tenhamos uma noção do quanto é possível gerenciar as conexão mesmo estando em um meio compartilhado.
 Certamente a muito mais o que se falar sobre MU-MIMO mas acredito que é possível obter a idéia apartir do que foi exposto aqui. E esse era o meu objetivo. Discussões mais técnicas poderão ser apresentadas em um futuro, assim que eu aprofundar mais nos detalhes.
  Desta forma encerro aqui esse artigo. Mais uma vez com a convicção de que Wifi é o grande trunfo no que se refere a comunicação nos tempos modernos e cada vez mais eu tenho certeza do quanto vale a pena conhecer mais e mais desta tecnologia.