2. Introducción a las redes
inalámbricas
• La tecnología wireless se
desarrolla rápidamente
• Tenemos un gran cantidad de
aplicaciones el acceso
inalambrico
• Utilizamos señales de
radiofrecuencia para enviar la
información
3. Se utiliza una señal electromagnética
para enviar la información
6. ISM Bandas de frecuencia sin
licencia
Short Wave Radio
AM Broadcast
Audio
FM Broadcast
Infrared wireless LAN
Television
Cellular (840MHz)
NPCS (1.9GHz)
Extremely Very Low Medium High Very Ultra Super Infrared Visible Ultra- X-Rays
Low
Low
High High High
Light violet
902-928 MHz
26 MHz
2.4 – 2.4835 GHz
83.5 MHz
(IEEE 802.11)
5 GHz
(IEEE 802.11)
HyperLAN
HyperLAN2
7. 900 MHz vs. 2.4 GHz vs. 5GHz
900 MHz
2.4 GHz
5 GHz
Global Market
PROs
Greater Range than
2.4 GHz ( For
in- Building LANs)
Maximum Data Rate
1 Mbps
CONs
Limited Bandwidth
Crowded Band
Global Market
IEEE 802.11
IEEE 802.11
Higher Data Rates
(10+ Mbps)
Higher Data Rates
(20+ Mbps)
Less Range than
900 MHz (For InBuilding LANs)
Much Less Range
than 900 or
2.4GHz
Higher Cost RF
Components
Large Antenna
required
10. Transmitiendo la señal
• El objetivo de enviar datos sobre RF es
intercambiar información, enviándola lo mas
lejos posible y lo mas rápido posible
• Múltiples datos pueden ser enviados en una
sóla señal de dos maneras:
–Incrementando la frecuencia para enviar mas
información
–Usar técnicas de modulación complejas que
permitan comprimir los datos
11. Modulación
• Modulaciones complejas requieren un señal fuerte,
pero la cobertura disminuye
• Modems de alta velocidad
comprimen los datos usando la
misma línea, la tas de transmisión
es la misma
• Los modems de 56k requieren una
mejor línea telefónica para enviar
tasas de transmisión mayores
• Si hay ruido en la línea el modem
podría tirar la conexión o bajar la
velocidad de conexión
• Más ruido, menos velocidad
Signal Strength
Strong
Low
Med
Med
Noise Level
Weak
High
12. Modulación de la señal de radio
•Binary Phase Shift Keyed (BPSK)
BPSK usa una fase para representar un 1 binario y otra fase para
representar el 0, para un total de dos bits de datos binarios, es
utilizada para transmitir datos a una tasa de 1 Mbps
•Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).
Con QPSK la señal portadora identifica cuatro cambios en fase y
puede representar con esto cuatro bits binarios de datos, es
utilizada para transmitir hasta una tase de 2 Mbps
•Complementary Code Keying (CCK)
CCK usa un conjunto complejo de funciones conocidad como
Complementary codes para envíar los datos
Una de las ventajas de CCK sobre técnicas de modulación similares
es que sufre menor distorsión multipath. Es utilizada para transmitir
datos 5.5 y 11 Mbps
13. IEEE 802.11 Standard
• IEEE 802.11 se estandariza en julio de 1997
• Dos tecnologías de RF son definidas:
–Direct Sequence Spread Spectrum - 2 Mbps and 11Mbps
–Frequency Hopping Spread Spectrum - 1 Mbps and 2 Mbps
• IEEE 802.11b se estandariza en Septiembre de 1999
–Sólo una teconlogía de radiofrecuencia es definida DSSS @
11Mbps
• 802.11 define in mayor desempeño
• 802.11 Ofrece interoperabilidad entre fabricantes
14. 802.11a
• Estandard aprobado por la IEEE en
1999
• Trabaja en la frecuencia de los 5GHz
• Utiliza una velocidad máxima de
54Mbps.
• Puede tener interferencia con
telefonos inalámbricos y otros
dispositivos que trabajan en la
misma banda
15. 802.11b
• Usa la misma banda que el 802.11, 2.4GHz,
pero incrementa su tasa de transmisión a
11 Mbps
• Permite una mayor cantidad de
aplicaciones para el usuario al
incrementar su tasa de transmisión
16. 802.11g
Trabaja en la frecuencia de los 2.4GHz
Opera a una velocidad de hasta 54Mbps
Es compatible con el 802.11b.
Es actualmente el estándar mas popular
Con antenas apropiadas se pueden cubrir
distancias de hasta 50 Km
18. Technología
Spread spectrum
• Permite enviar información de datos mediante
múltiples señales de radiofrecuencia
• Trabaja en el rango de las frecuencias no
licenciadas
• Ofrece seguridad para la transmisión
• Ofrece resistencia a la interferencia de otras
fuentes de radio
19. Modulación: Direct Sequence
• Cada bit de datos se envía como un string de chips
(chipping sequence) transmitidos en paralelo sobre
un ámplio rango de frecuencia
• El mínimo chip rate es de 10 chips para 1 y 2 Mbps
(BPSK/QPSK) y 8 chips para 11Mb (CCK).
Ejemplo si los bits por transmitir son: 1001
El chipping code es: 1=00110011011
0=11001100100
Los datos se pueden transmitir como:
00110011011
11001100100
11001100100
1
0
0
00110011011
1
20. Rango de transmisión- DS vs FH
• El rango de transmisión depende de
detalles en la implementación:
–Potencia de transmisión
–Tipo de antena (ganancia, perdida del cable y
factores del clima y condiciones ambientales
–Sensibilidad del radio
–Procesamiento de la ganancia (depende de la
técnica de DSSS para la transferencia
redundante de bits)
• Por éste procesamiento de la ganancia, la
tecnología DSSS ofrece un rango mayor
que FHSS.
21. Zona de cobertura del Access
Point
1 Mbps DSSS
2 Mbps DSSS
5.5 Mbps DSSS
11 Mbps DSSS
22. Escalabilidad- DS vs FH
• Escalabilidad es la habilidad para
ubicar mas de un access point en la
misma área, incrementando el
ancho de banda para ésta área para
los usuarios que usan éste acces
point
24. Características adicionales de los
access point
• Los access point incorporan muchas
características adicionales para su
administración
–Active scanning (verificáción de usuarios
–registering (asociación con el AP)
–Power Management
–roaming
–Seguridad
–QoS
25. Roaming
File Server
Access Point
• Es importante que los
AP proporcionen
opciones para el
roaming
AP
Laptop with
Wireless
Adapter
• El roaming permite
cambiar de access
point
26. Proceso de asociación de usuarios a
un AP
Pasos para la asociación:
Access
Point
A
Access
Point
B
El cliente envía un
señal de PROBE
AP envía un PROBE RESPONSE
El cliente evalua las respuestas
de los AP y selecciona el mejor AP
El cliente envia un requerimiento
de validación al AP seleccionado
El AP confirma la validación
y registra al cliente
El cliente envia un association
request al AP seleccionado
Initial connection to an Access Point
AP confirma la asociación y
registra al cliente.
27. Proceso de reasociación
Access
Point
A
Access
Point
B
Roaming from Access Point A
to Access Point B
Pasos para la reasociación:
El usuario escucha beacons
del AP
El cliente evalua los beacons del
AP y selecciona al mejor AP
El cliente envía association request
al AP seleccionado.
El AP confirma la asociación y
registra al cliente.
El AP B informa al AP A de la
reasociación del cliente al AP B
AP A envía los paquetes guardados
en buffer al AP B y des registra al
cliente.
29. Diversity y Multipath
Ceiling
• En un ambiente
multipath, existen
puntos nulos
localizados en la zona
de cobertura
• Al mover ligeramente
la antena permite salir
de un punto nulo y
recibir la señal
adecuadamente
RX2
TX
RX1
Obstical
•Las antenas dual
diversity permiten que si
una antena esta un punto
nulo, la segunda no,
proporcionando mejor
desempeño en
ambientes multipath
30. Multipath (Cont..)
• Señales multipath pueden causar una
señal fuerte pero con bajos niveles de
calidad
• El problema se genera por que
–Señales de radiofrecuencia con baja intensidadd
de señal no significan una comunicación pobres
–Baja calidad de la señal significa una pobre
comunicación
33. Dos implementaciones para la
tecnología wireless
Wireless Networking
• Conectividad para
usuarios móbiles
Wireless Bridging
• Conectividad
LAN to LAN
34. Qué es la tecnología wireless
LAN?
Wireless LAN es:
No es :
–Local, no área amplia
–Telefonía celular
–En un edificio o campus
cobertura para usuarios
móbiles
–Pagers
–Hasta vários kilómetros para
topologías point-to-point (LAN
to LAN)
–Radio o infrarojo
–Licencias no requeridas
–Cliente es dueño de los
equipos (no hay cargo de uso)
–Packet Data
•LMDS
–PCS
35. Local Area Network (LAN)
Wireless LAN (WLAN) es una
extensión de la LAN cableada
Hub
Hub
Server
Switch
Internet
Ethernet Client
Access Point
36. Topologías típicas para una LAN
wireless
Wireless “Cell”
Canal 1
Wireless “Cell”
Canal 6
LAN Backbone
Access Point
Clientes Wireless
Access Point
Clientes Wireless
37. Topología wireless con repetidor
“Celda” wireless con
repetidor
Canal 1
LAN Backbone
Canal 1
Access Point
Cliente Wireless
Access Point
39. Topologías peer to peer
Configuración Peer to Peer
(Modo Ad Hoc )
Wireless “Cell”
Wireless Clients
Modem
40. Ejemplo de zona de cobertura con
3 AP´s
Canal 1
Canal 11
Canal l 6
41. Otros factores involucrados en el
diseño de la WLAN
• Identificar el estado
actual de la red y las
necesidades de
conectividad
• Identificar la
infraestructura de la red
• Definir la dirección del
negocio para identificar
sus expectativas de
crecimiento
• Obtener ésta
información dentro del
site survey
42. Infraestructura de la red
• Conocer la red del cliente y sus
aplicaciones
• Conocer la topología
• Inspeccionar físicamente el lugar
para identificar los posibles puntos
de problemas
43. Site Survey
• Hacer del
conocimiento del
cliente los posible
problemas
• Ser proactivo en
lugar de reactivo
• Es una oportunidad
de auxiliar al cliente
44. RF Propagation
• Las ondas de
radio son
reflejadas igual
que las de luz
• Se puede
reducir el
reflejo usando
antenas
direccionables
45. RF Propagation (cont.)
• Ondas reflejadas,
desfasadas 1800
generan un efecto
nulos
• Utilizar diversidad de
antena para evitar el
efecto
• Cuando se una una
sóla antena hay que
cambiar la ubicación
Nulls
46. RF Propagation (cont.)
• Si la señal no es
capaz de atravesar
un objeto se crea un
efecto de difracción
• LA difracción crea
RF “shadows”
Shadow
Introducción a las redes inalámbricas
La comunicación inalámbrica es una experiencia diaria en nuestro mundo moderno. Ya sea que escuchemos la radio o miremos la televisión, ambas representan dos tipos de comunicaciones inalámbricas.
La señal de radiofrecuencia es generada por corrientes eléctricas que cambian muy rápidamente sobre un cable conductor o antena, crean un campo magnético alrededor del cable que cambia a la misma velocidad. Estos campos magnéticos que cambian rápidamente se llaman ondas electromagnéticas y se propagan 300,000 Km./seg. o 186,000 millas/seg. (también conocida como la velocidad de la luz). Debido a la simetría de los fenómenos naturales, si las corrientes eléctricas que cambian rápidamente pueden generar ondas electromagnéticas. Podemos entonces deducir, que las ondas electromagnéticas que cambian con rápidamente pueden crear una corriente eléctrica en un cable conductor (antena) distante, por lo que es factible una comunicación por radio entre los dos puntos. La transmisión de energía por medio de ondas electromagnéticas, entre un transmisor y un receptor, es un proceso altamente ineficiente. Reducciones de la amplitud de la señal recibida por un factor de 1,000,000 o mayor es completamente aceptable y en realidad es a menudo el caso de recibir señales que son 1,000,000,000 de veces más débiles.
Se utiliza una señal electromagnética para enviar la información
La velocidad de cambio de corriente eléctrica (oscilación) en una antena determina la frecuencia de una onda electromagnética. Estos cambios se repiten periódicamente en forma cíclica como se muestra en la figura a continuación. El número de veces por segundo que una onda electromagnética cambia, determina su frecuencia, la que es medida en ciclos por segundos o Hertz (en reconocimiento a Heinrich Hertz, uno de los pioneros de radio y se representa mediante por la abreviación Hz).
Las frecuencias típicas usadas en las transmisiones de radio se miden en:
• KiloHertz (KHz) o miles de ciclos por segundo. Por ejemplo las estaciones de radio AM funcionan típicamente en las frecuencias alrededor de los 1000 Khz o 1MHz.
• MegaHertz (MHz) o millones de ciclos por segundo. Por ejemplo las estaciones de radio FM funcionan típicamente en las frecuencias alrededor de los 100 MHz o 0.1 GHz.
• GigaHertz (GHz) o miles de millones de ciclos por segundo. Por ejemplo, la mayoría de los sistemas celulares funcionan alrededor de 1 GHz y los LANs inalámbricos operan en las frecuencias de 2.4 GHz y 5 GHz.
Las frecuencias de transmisión determinan las dimensiones físicas de la antena. En otras palabras, a frecuencias más altas, las dimensiones físicas de la antena disminuyen. Por lo tanto no nos debería sorprender que las estaciones de radio AM empleen antenas muy altas, mientras que las redes LANs Inalámbricas generalmente no requieran antenas de dimensiones menores a un metro.
Espectro electromagnético
Dos señales, con frecuencias idénticas, no pueden coexistir en una misma área geográfica sin causar interferencia. Obviamente si están separadas por grandes distancias, la energíaresidual de una es insignificante con respecto a la otra, y probablemente la interferencia causada es insignificante. Los conjuntos de frecuencias o bandas usables se llama el Espectro o Espectro de Radio Frecuencia y constituye un recurso natural escaso.
El Espectro es un capital público valioso y es regulado por los gobiernos. Ellos administran su uso de modo justo y equitativo por individuos y corporaciones. Para administrar el Espectro, los gobiernos lo han organizado en bandas que en su momento fueron definidas por usos históricos, y su evolución corresponde a la introducción de tecnologías de vanguardia.
Históricamente, las aplicaciones iniciales de radio, tales como la radio AM ocuparon las bandas bajas del espectro disponibles, y su implementación se hizo factible debido al desarrollo de la electrónica en ese momento.
A medida que surgieron nuevas aplicaciones (por Ej. La radio FM, TV en blanco y negro, TV en colores, etc.), no hubo otra alternativa que asignar a estas aplicaciones bandas de frecuencia más altas. Afortunadamente, el progreso de la tecnología electrónica, permitió la realización de estos sistemas a frecuencias más elevadas a precios competitivos. ¡Indudablemente el desafío técnico de implementar sistemas aumenta con el uso de frecuencias más altas!
Rango de frecuencias:
Muy Baja Frecuencia (VLF) 3 KHz — 30 KHz 62 Millas o 100 Km
Baja Frecuencia (LF) 30 KHz — 300 KHz 6.2 Millas o 10 Km
Media Frecuencia (MF) 300 KHz — 3 KHz 0.62 Millas o 1 Km
Alta Frecuencia (HF) 3 MHz — 30 MHz 330 Pies o 100 Meters
Muy Alta Frecuencia (VHF) 30 MHz — 300 MHz 33 Pieso 10 Meters
Ultra Alta Frecuencia (UHF) 300 MHz — 3 MHz 3 Pies o 1 Meter
Super Alta Frecuencia (SHF) 3 GHz — 30 GHz 4 Pulgadas o 100 mm
Extremadamente 30GHz — 300 GHz 0.4 Pulgadas o 10 mm
Alta Frecuencia(EHF)
ISM Bandas de frecuencia sin licencia
SE tienen tres bandas de frecuencia para las que no se necesitan licencia 900 MHz, 2.4 GHz, and 5.7 GHz se conocen como bandas ISM (Industrial, Medical and Scientific)
El gran éxito de las WLANs es que utilizan frecuencias de uso libre, es decir no es necesario pedir autorización o algún permiso para utilizarlas. Aunque hay que tener en mente, que la normatividad acerca de la administración del espectro varia de país a país. La desventaja de utilizar este tipo de bandas de frecuencias es que las comunicaciones son propensas a interferencias y errores de transmisión. Estos errores ocasionan que sean reenviados una y otra vez los paquetes de información. Una razón de error del 50% ocasiona que se reduzca el throughput dos terceras partes aproximadamente. Por eso la velocidad máxima especificada teóricamente no es tal en la realidad. Si la especificación IEEE 802.11b nos dice que la velocidad máxima es 11 Mbps, entonces el máximo caudal eficaz será aproximadamente 6 Mbps y menos.
Las redes inalámbricas se reparten entre dos clases principales subdivididas por la banda de frecuencia. Las primeras tecnologías usaban la banda de 2.4 GHz mientras que las más modernas usan la de 5 GHz (más ancha). La primera incluye los estándares del (IEEE) 802.11b (11Mbps) y es compatible con su sucesor (802.11g a 54 Mbps). Esta primera opción es la más común actualmente.
900 MHz vs. 2.4 GHz vs. 5GHz
La banda de 900 MHz ha venido creciendo para una mayor cantidad de productos, ofrece un rango de frecuencia muy corto que la frecuencia de los 2.4GHz, tiene algunos inconvenientes como el tamaño máximo de las antenas que limita la zona de cobertura. En la frecuencia de los 900MHz la tasa de transmisión máxima está por debajo del 1Mbps, dádo los rangos de frecuencia limitados
En la frecuenca de los 2.4GHz la baja potencia de transmisión permite tener antenas de alta ganancia, lo que permite comunicación a distanciasg grandes (hasta 40 km), el rango de frecuencia es mucho mas amplio que para los 900Mhz, permitiendo tasas de transmisión mayores en un rango confiable
La frecuencia de los 5GHz ofrece mas ancho de banda, permitiendo tasas de transmisión mayores, pero con limitantes en cuanto a la distancia
La frecuencia de 2.4 GHz es la mas usada a nivel internacional
Estos rangos de frecuencia que se han mencionado como frecuencias no licenciadas varia de un país a otro
En Europa y muchos otros países no están autorizadas las bandas a 900 MHz para espectro ampliado debido al uso del GSM Global System for Mobile communications.
Se pueden utilizar radios a 2.4 GHz sin licencia a través de la mayor parte del mundo con apropiadas EIRP (Potencia Radiada Isotrópica Equivalente).
Deben corresponder a tipos aprobados y autorizados en cada país.
Europa ha aceptado recientemente estándares EU.
La potencia de salida ha sido limitada a 100 mW en Europa y Japón
Los rangos de frecuencia pueden variar ligeramente en cada país.
La utilización de la banda de 2.4 GHz permite la expansión para aplicaciones en proyectos de automatización tal como se hace en Estados Unidos, y que se puede implementar en otros países.
Porque es necesario reglamentar el uso del espectro
Aunque cada país es un estado soberano y tiene el derecho de asignar el espectro según su interés público, todos los países han sido objeto de una gran presión para permitir la introducción de servicios de comunicación inalámbricos de vanguardia. Obviamente, cada uno de ellos, requiere su propia banda de frecuencia. La telefonía celular, la televisión satelital, y los servicios de radio llamadas son algunos de los ejemplos de las nuevas aplicaciones emergentes.
Por tanto algunas razones para reglementar el uso del espectro son:
Limitar la interferencia RF.
Ancho de banda limitado.
Fabricantes y proveedores intentan aumentar la potencia para mejorar el desempeño.
EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) representa la potencia total efectiva transmitida por el sistema de radio incluyendo la ganancia que la antena proporciona y las pérdidas en el cable de la antena.
Cada frecuencia por debajo de 1 GHz debe ser utilizada como una frecuencia autorizada.
Para que un dispositivo pueda operar sin licencia o permiso de frecuencia, su potencia de salida debe ser limitada.
Las bandas de frecuencia deben ser autorizadas con base en una asignación de canal dedicado o compartido, en una zona especificada y durante un tiempo especificado.
Cuando los radios son autorizados a trabajar en una frecuencia específica, el usuario no puede tener acceso a una facilidad de cambio de frecuencias.
Transmitiendo la señal
Cuando se transmite una señal se deben de tener en cuenta tres factores:
La velocidad de transmisión, cual es la tasa de transferencia máxima que se desea alcanzar
Que tan lejos se desea llegar, cuál es la distancia máxima que se espera alcanzar y si a ésta distancia se cubre la tasa de transmisión
Cuanto usuarios van a utilizar el servicio y cual es el nivel mínimo aceptable del ancho de banda que se les ofrece
Estos factores estan relacionados entre si para determinar el nivel de señal aceptable, incrementar la tasa de transmisión requiere de un uso mas ampli del espectro de frecuencia o un metodo diferente para envíar la información por la señal (técnica de modulación)
Modulación
En telecomunicación el término modulación engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda senoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que permitirá transmitir más información simultánea o proteger la información de posibles interferencias y ruidos.
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.
Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos de modulación
Modulaciones complejas requieren un señal fuerte, pero la cobertura disminuye, los Modems de alta velocidad comprimen los datos usando la misma línea, la tas de transmisión es la misma, por ejmplo los modems de 56k requieren una línea telefónica con poca perdida de información para enviar tasas de transmisión mayores, i hay ruido en la línea el modem podría tirar la conexión o bajar la velocidad de conexión Más ruido, menos velocidad
El protocolo IEEE 802.11 o WI-FI es un estándar de protocolo de comunicaciones de la IEEE que define el uso de los dos niveles más bajos de la arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una WLAN. En general, los protocolos de la rama 802.x definen la tecnología de redes de área local.
La familia 802.11 actualmente incluye seis técnicas de transmisión por modulación que utilizan todas los mismos protocolos. El estándar original de este protocolo data de 1997, era el IEEE 802.11, tenía velocidades de 1 hasta 2 Mbps y trabajaba en la banda de frecuencia de 2,4 GHz. En la actualidad no se fabrican productos sobre este estándar. El término IEEE 802.11 se utiliza también para referirse a este protocolo al que ahora se conoce como "802.11legacy."
802.11a
En 1997 la IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos Electrónicos) crea el Estándar 802.11 con velocidades de transmisión de 2Mbps.
En 1999, el IEEE aprobó ambos estándares: el 802.11a y el 802.11b.
En 2001 hizo su aparición en el mercado los productos del estándar 802.11a.
La revisión 802.11a al estándar original fue ratificada en 1999. El estándar 802.11a utiliza el mismo juego de protocolos de base que el estándar original, opera en la banda de 5 Ghz y utiliza 52 subportadoras orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) con una velocidad máxima de 54 Mbit/s, lo que lo hace un estándar práctico para redes inalámbricas con velocidades reales de aproximadamente 20 Mbit/s. La velocidad de datos se reduce a 48, 36, 24, 18, 12, 9 o 6 Mbit/s en caso necesario. 802.11a tiene 12 canales , 8 para red inalámbrica y 4 para conexiones punto a punto. No puede interoperar con equipos del estándar 802.11b, excepto si se dispone de equipos que implementen ambos estándares.
Dado que la banda de 2.4 Ghz tiene gran uso (pues es la misma banda usada por los teléfonos inalámbricos y los hornos de microondas, entre otros aparatos), el utilizar la banda de 5 GHz representa una ventaja del estándar 802.11a, dado que se presentan menos interferencias. Sin embargo, la utilización de esta banda también tiene sus desventajas, dado que restringe el uso de los equipos 802.11a a únicamente puntos en línea de vista, con lo que se hace necesario la instalación de un mayor número de puntos de acceso; Esto significa también que los equipos que trabajan con este estándar no pueden penetrar tan lejos como los del estándar 802.11b dado que sus ondas son más fácilmente absorbidas.
Transmisión Exteriores Valor Máximo A 30 metros 54 Mbps Valor Mínimo A 300 metros 6 Mbps Interiores Valor Máximo A 12 metros 54 Mbps Valor Mínimo A 90 metros 6 Mbp
802.11b
La versión original del estándar IEEE 802.11 publicada en 1997 especifica dos velocidades de transmisión teóricas de 1 y 2 mega bit por segundo (Mbit/s) que se transmiten por señales infrarrojas (IR) en la banda ISM a 2,4 GHz. IR sigue siendo parte del estándar, pero no hay implementaciones disponibles.
El estándar original también define el protocolo CSMA/CA (Múltiple acceso por detección de portadora evitando colisiones) como método de acceso. Una parte importante de la velocidad de transmisión teórica se utiliza en las necesidades de esta codificación para mejorar la calidad de la transmisión bajo condiciones ambientales diversas, lo cual se tradujo en dificultades de interoperabilidad entre equipos de diferentes marcas. Estas y otras debilidades fueron corregidas en el estándar 802.11b, que fue el primero de esta familia en alcanzar amplia aceptación entre los consumidores.
[editar]
802.11b
La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999. 802.11b tiene una velocidad máxima de transmisión de 11 Mbit/s y utiliza el mismo método de acceso CSMA/CA definido en el estándar original. El estandar 802.11b funciona en la banda de 2.4 GHz. Debido al espacio ocupado por la codificación del protocolo CSMA/CA, en la práctica, la velocidad máxima de transmisión con este estándar es de aproximadamente 5.9 Mbit/s sobre TCP y 7.1 Mbit/s sobre UDP
802.11g
En Junio de 2003, se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g. Este utiliza la banda de 2.4 Ghz (al igual que el estándar 802.11b) pero opera a una velocidad teórica máxima de 54 Mbit/s, o cerca de 24.7 Mbit/s de velocidad real de transferencia, similar a la del estándar 802.11a. Es compatible con el estándar b y utiliza las mismas frecuencias. Buena parte del proceso de diseño del estándar lo tomó el hacer compatibles los dos estándares. Sin embargo, en redes bajo el estándar g la presencia de nodos bajo el estándar b reduce significativamente la velocidad de transmisión. .
Los equipos que trabajan bajo el estándar 802.11g llegaron al mercado muy rápidamente, incluso antes de su ratificación. Esto se debió en parte a que para construir equipos bajo este nuevo estándar se podían adaptar los ya diseñados para el estándar b.
Actualmente se venden equipos con esta especificación, con potencias hasta medio vatio, que permite hacer comunicaciones de hasta 50 km con antenas parabólicas apropiadas.
Espectro Amplio (Spread Spectrum)
Fue desarrollado para fines militares y su funcionamiento consta en dividir las señales de datos en varias frecuencias, estas frecuencias comúnmente son las de 902-928 MHz y de 2.4-2.484 GHz (también llamada ISM Industrial-Scientifc and Medical radio frequency),este último rango de frecuencias es utilizado por teléfonos inalámbricos (NO celulares),controles de puertas eléctricas, entre otros; la ventaja de operación en esta frecuencia es que no requiere permiso gubernamental para ser utilizada a diferencia de otras frecuencias.
Entre las ventajas de las tecnologías del Espectro Disperso, se puede mencionar la seguridad incorporada para la transmisión, la resistencia a la interferencia de otras fuentes de radio, redundancia, resistencia a los efectos de multipath y desvanecimiento, etc. Como resultado, los sistemas de Espectro Disperso pueden coexistir con otros sistemas de radio frecuencia, sin ser afectados por su presencia y sin influir en su actividad. El efecto inmediato de este comportamiento, es que los sistemas de Espectro Disperso pueden ser operados sin necesidad de licenciamiento, y han hecho que la modulación de Espectro Disperso sea la tecnología elegida para la operación de redes WLAN
.
DSSS Operación
Tenemos dos procesos básicos que lleva acabo la modulación DSSS
· Proceso 1; Modulación del código de dispersión: Por la duración de cada bit de mensaje, la portadora es modulada siguiendo una secuencia específica de bits (conocidos como chips ). El proceso es conocido como; chipping y resulta en la substitución de cada bit de mensaje por una secuencia de chips . En los sistemas DSSS , el código de dispersión es la secuencia de chips definida para representar los bits de mensaje.
· Proceso 2 ; Modulación del Mensaje; Para los bits; del mensaje, la secuencia de chips utilizada para representar el bit permanece como esta indicado en el proceso 1 un valor binario 1 se representa como 1=00110011011 para representar un o la secuencia de chips indicada en el proceso 1, es invertida. De este modo el cero se representa como 0=11001100100 gracias a este proceso los mensajes son representados por diferentes secuencias de chips . (Cada una siendo una versión invertida de la otra).
Rango de transmisión- DS vs FH
El rango de transmisión depende de detalles en la implementación por ejemplo:
Inmunidad al Ruido y la Interferencia
El Criterio: Capacidad de los sistemas para operar sin errores cuando otras señales de radio seencuentran presentes.
Los sistemas FHSS operan con SNR ( Signal to Noise Ratio ) de aproximadamente 18 dB.
Los sistemas DSSS , debido a una técnica de modulación mas eficiente, pueden operar con un SNR tan bajo como 12 dB.
Distancia
Los problemas generados para un receptor DSSS por otros transmisores activos ubicados próximos a él, son conocidos como Near/Far Problems. Las señales de interferencia, pueden ser generadas por ejemplo, por algún otro transmisor de radio ubicado cerca del receptor de un sistema DSSS . La señal generada por dicho trasmisor, será recibida por el receptor DSSS a altos niveles de potencia, cegándolo y no permitiéndole escuchar a los equipos asociados a su sistema.
Por el otro lado, si el receptor es FHSS , lo peór que podría suceder, sería que el otro trasmisor bloqueara ALGUNOS de los de los saltos, forzando al sistema FHSS a trabajar en condiciones poco optimas, pero ¡funcionará!
Zona de cobertura del Access Point
El diámetro de cobertura (círculos mostrados en la figura), depende del número de factores tales como: la potencia de transmisión, el uso de amplificadores adicionales (dentro de los limites permitidos), antenas externas y del equipo del usuario. Por ejemplo, en espacios interiores en una oficina amueblada , usando un Punto de Acceso estándar sin amplificadores RF con antenas externas con Tarjetas de Interfaz de Red (tarjetas NIC), la cobertura va desde un diámetro de casi 210 metros a 1 Mbps, a un diámetro muy reducido de alrededor de 60 metros a 11 Mbps. Usando amplificadores y aumentando la ganancia de la antena o cambiando su perfil de radiación aumentado la direccionalidad, aumenta dramáticamente la distancia. Típicamente, el alcance en espacios exteriores es mucho más grande porque hay menos obstrucciones y menos interferencia; en particular cuando la antena y el usuario están en línea visual.
La escalabilidad es la habilidad para ubicar mas de un access point en la misma área, incrementando el áncho de banda para ésta área para los usuarios que usan éste acces point para efectos de mejorar la escalabilidad, podemos considerar a los access point como si fueran hubs compartidos, es importante notar que tienen una capacidad total mucho más pequeña que la velocidad máxima publicada por los fabricantes. La primera consideración para evaluar el comportamiento de una red LAN inalámbrica requiere una estimación aproximada del número máximo de usuarios activos simultáneos y el tipo de aplicaciones mas usadas. Cada AP proporciona un ancho de banda determinado que es compartido por todos los usuarios que se encuentran dentro del área de cobertura y están asociados a ese AP. La velocidad de datos mínima, requerida por cada usuario depende de las aplicaciones usadas. Por ejemplo, 25 Kbps de ancho de banda es más que suficiente para la aplicación de control de inventarios requerida por usuarios usando lectores de código de barras, mientras que una aplicación que requiere transferencia rápida de imagines y gráficos podrían requerir un mínimo de 250Kbps.
Escalabilidad con DSSS
La disminución del número de usuarios que compiten por la capacidad total provista por un solo AP aumenta el ancho de banda disponible de cada usuario. Este objetivo se puede lograr mediante la disminución del tamaño del área de cobertura o mediante la adición de un segundo AP sobre un canal no superpuesto en la misma área. Para reducir la capacidad de cobertura del AP, se debe reducir la potencia del AP o la ganancia de la antena, dando por lo tanto servicio a un número menor de usuarios.
Por lo tanto, las redes inalámbricas de alto rendimiento resultan en el aumento del número de APs lo que resulta en mayores inversiones de capital durante la instalación y costos de operación más elevados.
Características adicionales de los access point
Hay una gran variedad de acces point en el mercado que pueden ofrecer múliples opciones adicionales para la administración de la red, algunos ejemplos de las características que pueden definir son:
Gestión:Gestión mediante interfaz Web, Telnet (con SSH) o software de gestión compatible con SNMP..
• Seguimiento del estado de la red: rendimiento, seguridad, interferencias de radiofrecuencia, clientes conectados, etc.
Indicadores LED de velocidad y actividad.
•Compatibilidad con QoS para dar prioridad al ancho de banda con el fin de demorar las aplicaciones esenciales (p. ej., VoIP).
Seguridad: Restringir a la red contra los accesos no autorizados con várias funciones de seguridad:
• Acceso protegido WiFi 2 (WPA2)/802.11i, WPA y cifrado WEP de 64 o 128 bits
• Soporte para VPN para IPSec, PPTP y L2TP.
• SSID desactivable y detección de AP
Qué es el roaming
El roaming consiste en "extender el servicio de conexión de nuestro sistema a una red diferente a la red original en que hemos registrado nuestro equipo". ¿Que significa esto? Movilidad, la capacidad de mantener nuestra conexión a nuestro banco, messenger o correo mientras vamos moviéndonos más allá de nuestra red, sin tener que reconectar continuamente mientras nos vamos desplazando.
Las ideas principales que se deben de considerar en cualquier sistema de roaming son:
- Que sea transparente a las aplicaciones, no requiriendo migración a nuevos sistemas
- Compatibilidad con los programas existentes, y seguir usando los mismos programas que hasta ahora.
- Residiendo en espacio de usuario, es muy preferible que no requiera permisos de superusuario.
- De bajo impacto en el ancho de banda / latencia sobre nuestros recursos de red.
Proceso de asociación de usuarios a un AP
El cliente envía un señal de PROBE
El AP envía un PROBE RESPONSE
El cliente evalua las respuestas de los AP y selecciona el mejor AP
El cliente envia un requerimiento de validación al AP seleccionado
El AP confirma la validación y registra al cliente
El cliente envia un association request al AP seleccionado
El AP confirma la asociación y registra al cliente.
Proceso de reasociación
El usuario escucha beacons del AP
El cliente evalua los beacons del AP y selecciona al mejor AP
El cliente envía association request al AP seleccionado.
El AP confirma la asociación y registra al cliente.
El AP B informa al AP A de la reasociación del cliente al AP B
El AP A envía los paquetes guardados en buffer al AP B y des registra al cliente
Distorsión Multipath
En ambientes con superficies reflejantes (como edificios, paredes de oficinas, lagos, etc), se generan múltiples rutas posibles entre un transmisor y su receptor y por lo tanto, el receptor, recibe múltiples copias de la señal original (transmitida) .
Lasa rutas disponibles para que la señal sea transmitida, pueden ser de diferentes longitudes y como resultado, la señal se propagará en diferentes momento de una ruta a otra y por lo tanto, múltiples copias de la señal originalmente transmitida llegarán al receptor en diferentes intervalos de tiempo En los sistemas DSSS , el proceso de chipping genera una alta tasa de transferencia de la señal transmitida. Los símbolos de esta señal transmitida, son mucho mas cortos / angostos (en tiempo) que los símbolos generados por los sistemas FHSStransmitiendo a las mismas tasas. Obviamente, un pulso mas angosto ( DSSS ) es mas sensible a los retardos que un pulso mas ancho ( FHSS ) y como resultado, el sistema FHSS tiene mejores posibilidades de no ser afectado por la presencia de los efectos de multipath .
Las copias múltiples de la señal original llegan al receptor en diferentes amplitudes y fases. La mezcla de estas copias en el receptor, da como resultado el tener frecuencias cancelándose unas a otras, mientras que otras frecuencias se suman. El resultado es un proceso de desvanecimiento selectivo de frecuencias en el espectro de la señal recibida.
Al mover ligeramente la antena permite salir de un punto nulo y recibir la señal adecuadamente. Las antenas dual diversity permiten que si una antena esta un punto nulo, la segunda no, proporcionando mejor desempeño en ambientes multipath
Multipath (Cont..)
Los sistemas FHSS operan con señales de banda angosta localizadas en diferentes frecuencias de la señal portadora. Si en un momento específico, el sistema FHSS esta utilizando una frecuencia significativamente desvanecida como resultado del multipath , el receptor FHSS no recibirá suficiente energía para detectar la señal de radio. Esta perdida de información es corregida re transmitiendo los paquetes perdidos.
Los sistemas DSSS operan en bandas mas anchas, transmitiendo su señal por un grupo de frecuencias simultáneamente. Mientras que el nivel promedio de recepción sea lo suficientemente alto, el receptor DSSS será capaz de detectar la señal de radio (aún cuando la señal puede ser detectada al nivel de radio mejor que en el caso del FHSS , los problemas se presenta cuando trate de convertir la señal recibida en bits de datos, debido a que las señales se enciman .Cuando la señal promedio en la banda de trabajo es muy baja, el receptor DSSS no recibirá suficiente potencia para detectar la señal de radio. Esta perdida deinformación es corregida re transmitiendo los paquetes perdidos.
Otros estándares de la familia 802.11
· 802.11 -- Familia de estándares desarrollados por la IEEE para tecnologías de red inalámbricas (wireless). Permite la conexión de dispositivos móviles (lap-top, PDA, teléfonos celulares a una red cableada, por medio de un Punto de Acceso (Access Point). La conexión se realiza a través de ondas de Radio Frecuencia. Originalmente ofrecía una velocidad de transmisión de 1 o 2 Mbps en la banda de frecuencia de 2.4 GHz. Se le conoce popularmente como WIFI. Tiene un área de cobertura aproximada de 100 ms.
· 802.11a -- Estándar de conexión inalámbrica que suministra una velocidad de transmisión de 54 Mbps en una banda de 5 GHz. Utiliza la tecnología OFDM (Orthogonal Frecuency División Multiplexing. Esta banda de 5GHz no se pudo utilizar en muchos países, al comienzo, por estar asignada a las fuerzas y organismos de seguridad.
· 802.11b Estándar de conexión wireless que suministra una velocidad de transmisión de 11 Mbps en una banda de 2.4 GHz. Utiliza la tecnología DSSS (Direct Sequencing Spread). La mayoría de los equipos utilizados en la actualidad son de esta tecnología. Fue ratificado en 1999. No es compatible con el 802.11a pues funciona en otra banda de frecuencia.
· 802.11e -- Estándar en elaboración desde Junio de 2003, destinado a mejorar la calidad de servicio en Wi-Fi (QoS – Quality of Service). Es de suma importancia para la transmisión de voz y video.
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Dos implementaciones para la tecnología wireless
Tenemos dos implementaciones para las redes wireless, las redes LAN wireless se ofrecen mediante un acces point y usuarios conectados hacia el access point mediante tarjetas 802.11 la zona de cobertura esta en función la distancia y de las interferencias físicas del medio, la zona de cobertura la podemos extender con una mayor cantidad de access point
La segunda implementación es para redes de cobertura amplia en donde se trabaja con dos bridges al menos para establecer la conexión entre dos sitios remotos, sutituyendo a un enlace punto a punto.
Dos implementaciones para la tecnología wireless
Las redes WLAN están diseñadas para trabajar en una red de área local, no en una red de área amplia, la solución que se ofrece es para un edificio o un campus
No se necesita de una licencia, trabajos con los rangos de frecuenci de 2.4GHz y 5GHz
No estan diseñadas para una zona de cobertura metropolitana como LMDS
No se tiene que pagar una renta mensual por el uso del servicio
WLAN es una extensión de la red cableada para permitir dar mobilidad los usuarios, las aplicaciones de las redes LANs inalámbricas (WLANs) fueron justificadas como un reemplazo de los cables en espacios de oficinas y negocios, sin embargo se tiene una integración con las redes alámbrficas. La adopción de las redes WLAN ha sido exitosa y las mejoras constantes, las reducciones de precios, permiten una mayor difusión y aplicaciones. Las WLANs son cada vez más comunes para dar cobertura a complejos (campus) de edificios dedicados a educación o empresas, proporcionando cobertura a múltiples edificios y a menudo incluyen espacios abiertos como jardines y áreas verdes comunes. La mayoría de los vendedores de WLAN ofrecen soluciones que permiten a los usuarios conectarse a sus redes independientemente del edificio que se encuentren dado que los edificios están interconectados con un bridge lan to lan
El basic service area es la zona de cobertura de la señal de RF proporcionada por el access point, también es conocida como microcell, para extender el servicio y zona de cobertura podemos agregar access point adicionales, los cuáles se conectan a la red ethernet y comunicar de ésta manera las celdas , el access point controla y adminitsra el tráfico dentro de la celda, un dispositivo no se puede comunicar con otro sin pasar por el access point
Si una celda no proporciona la suficiente cobertura se puede agregar un número de celdas para extender el rango, esto es conocido como un extended service área
Es recomendado que las celda se traslapen entre un 10% y 15% para permitir a los usuarios realizar el roaming sin perder su conexió de radiofrecuencia
Las celda deben de definir canales no adyacentes para evitar que las señales se traslapen.
En un ambiente en donde se necesita extender la zona de cobertura pero el acceso al switch de backbone es inviable o inalcanzable se puede ofrecer una solución con un repetidor, el cuál es un access point que no está conectado al switch, esta solución necesita un traslape de 50% en el repetidor
La tasa de transmisión se decrementa por el proceso de recibir y retransmitir la señal
Hasta dos saltos, un repetidos pueden ser definidos (cambia de acuerdo al fabricante)
En un sistema en donde se necesite un alto nivel de disponibilidad se tiene una posible solución trabajando con dos access point
Algunos vendedores ofrecen la redundancia sobre el mismo canal de frecuencia y la misma tasa de transmisión, puesto que estan compartiendo la frecuencia, sólo una unidad puede recibir paquetes a la vez, si se colapsa un access point el segundo pasaría a tomar el estado activo, pero en el intervalo de tiempo en donde se hace el cambio de AP se pierden paquetes
Otros fabricantes permiten ofrecer una solución con dos canales distintos, de ésta manera los AP estan activos de manera simultánea y así se pueden ofrecer no sólo redundancia, si no también distribución de carga
Topologías o configuraciones básicas:
En las primeras redes wireless el esquema utilizado es el ad-hoc, también llamadas redes entre pares, varios equipos conforman una red para intercambiar información sin contar con el apoyo de elementos auxiliares. Este tipo de red es muy conveniente para conformar grupos de trabajo (work groups) temporales en reuniones, conferencias, etc.
Ejemplo de zona de cobertura con 3 AP´s
La disminución del número de usuarios que compiten por la capacidad total provista por un solo AP aumenta el ancho de banda disponible de cada usuario. Este objetivo se puede lograr mediante la disminución del tamaño del área de cobertura o mediante la adición de un segundo AP sobre un canal no superpuesto en la misma área. Para reducir la capacidad de cobertura del AP, se debe reducir la potencia del AP o la ganancia de la antena, dando por lo tanto servicio a un número menor de usuarios.
Por lo tanto, las redes inalámbricas de alto rendimiento resultan en el aumento del número de APs lo que resulta en mayores inversiones de capital durante la instalación y costos de operación más elevados.
El ejemplo a continuación muestra dos enfoques diferentes para la instalación de un LAN Inalámbrico 802.11b para proveer conectividad a 180 usuarios que comparten el mismo espacio de oficina. El primer escenario muestra como los 180 usuarios pueden obtener servicio de 3 APs (con una potencia de transmisión de 30mWatts cada uno ) a 11Mbps.
En le proceso de implementación de una solución WLAN se tiene que obtener información para la implementación, los administradores de la red generalmente ya cuentan con exceso de trabajo, y no desea ningún proyecto que pueda aumentar su carga de trabajo. Al instalar un WLAN, se requerirá una encuesta sobre el sitio (site survey), es importante conocer la información que se desea obtener y ser los mas concretos.
Lo primero que se debe de definir es una planeación detallada de donde deben de ser localizado los puntos de acceso, cómo serán montados, cómo serán conectados con la red, y donde el cableado o alimentación eléctrica puede necesitar ser instalado. Proporcionando al cliente un informe detallado de la encuesta sobre el sitio, el encargado puede dar las indicaciones necesarias a un contratista local que pueda instalar el cableado que es necesario proporcionar para la conectividad de la WLAN.
Para generar un informe detallado sobre el sitio en donde se planea instalar la red , se necesitará familiarizarse con la red alámbrica del cliente. Enumeraremos algunas de las áreas de la red que se deben investigar.
Necesitamos el apoyo del personal del área de sistemas que tenga conocimiento sobre el estado y la disposición de la red.. Generalmente, es una buena idea comenzar con un descubrimiento de la topología del LAN.
Será provechoso si se puede proporcionar los mapas de topología y lógicos de la red, previo a la visita para tener información anticipada.
Conocer las topologías - hay muchas y diversas topologías, pero la mayoría de las compañías utilizan hoy una cierta clase de topología de la estrella para su red. Puede ser una estrella o una estrella parcial con redundancia.
Identificar donde se localizan los componentes de la red: MFD, IDF, servidores, routers, el cableado del edificio, etc.
Uno de los objetivo del site survey es intentar identificar los problemas potenciales con el cliente y discutir cómo estas dificultade técnicas serán manejadas. Esto ahorrará potencialmente al cliente mucho tiempo y eapuros durante la instalación. Si el cliente está enterado de estos posible problemas, pueden ser manejados antes de la instalación.
Éstas no son ediciones que el cliente desea encontrar durante la instalación, o durante “resulta útil” el período.
Solucionando problemas potenciales y siendo proactivo en lugar de reactivo, se ofrece la imagen de un consultor como una fuente fuerte y confiable durante el proceso de instalación, en vez de una interaciión débil con el usuario. La reputación de tu firma para las encuestas sobre el sitio es uno de tus activos más fuertes y debe ser protegida siempre. Una mala encuesta sobre el sitio puede lastimar tu negocio por meses o años por venir.
Propagación de RF
Cuando una onda de radio choca con una superficie sólida, se refleja de la misma forma que en la que originalmente venia pero atenuada. Las ondas reflejadas pueden tener una polarización diversa dependiendo del ángulo en el cual se reflejan las ondas. Las antenas direccionales se pueden utilizar para reducir la cantidad de ondas reflejadas. Una antena direccional enfocará la energía del RF en una sola dirección, dejando menos ondas de radio que seran reflejarán al evitar los objetos dejandolos al lado o detrás de la antena.
Cuando una onda de radio se refleja hacia atras de sí misma 180 grados en fase, crea un efecto “nulo” o punto muerto, donde las señales combinadas se cancelan virtualmente hacia fuera.
La anulación de las señales es un hecho real y común con el RF. La nulidad esta constantemente alrededor de todo el lugar, pero sus posiciones pueden cambiar constantemente. Mientras que una montacarga se conduce a través de un almacén, o mientras camina una persona a través de una oficina, las ondas de radio se pueden reflejar en función de estas superficies móviles. Por ejemplo en el caso de un almacen en donde la localización del montacargas cambia, la señal de RF se puede hacer anula. Evidentemente uno o vários problema pueden ocurrir cuando se genera un falta de información. Si la antena está situada en punto neutro, su recepción será muy pobre. Utilizar las antenas diversidad es una solución para para superar el problema de nulidad. Cuando se utiliza una sola antena, el acces point tiene que volver a ser ubicado para superar la falta de información.
Si la onda del RF no puede penetrar un objeto sufrirá del efecto qué se llama difracción. Las ondas del RF pueden pasar sobre, debajo, o alrededor de objeto, este efecto proporciona una cobertura en el otro lado del objeto, pero habrá un área directamente detrás del objeto donde no hay cobertura. Esta área se conoce lo más comúnmente posible como “sombra del RF”. Si hay otros objetos cerca, las ondas reflejadas del RF pueden completar el área detrás del objeto, eliminando la sombra.
Algunos de los objetos que pueden tener un efecto perjudicial en la señal son:
Cartulina
madera
papel (que puede contener mucha humedad)
Gabinetes de archivo
Firewalls
Metal
Concreto
Transformadores
Refrigeradores
Motores de alta potencia
También algunas fuentes de interferencia electromagnéticaç (EMI):
Luces fluorescentes (FUSIÓN sistemas de iluminación de 2.4 gigahertz)
Hornos de microondas
Canalización del aire acondicionado
Otro equipo de radio
Siempre se debe de manterner la tentativa de montar el punto de acceso tan lejano de estos artículos como sea posible.
