Teoría sobre redes sen fíos

Redes sen fíos

As redes inalámbricas wireless (wireless network) son redes sen cable que comunican por medios non guiados ondas electromagnéticas.

A transmisión e a repetición fanse a través de antenas

O emisor pode ter unha ou máis antenas. E as antenas poden funcionar como emisor, como receptor, ou de ámbos xeitos.

Algunhas delas son antenas intermedias (con alcance de poucos metros) ou repetidoras (alcance de decenas de kilómetros)

Características das redes inalámbricas

Ventaxas

• Rápida instalación da rede: non é necesario cablear, pedir permisos de obras, levantar as rúas das cidades...
• Permiten a movilidade: dentro do radio de recepción da sinal podemos non non estar nun sitio estáticamente
• Menores costes de mantemento: reducense por non ter cableado
• Accesibilidade: casi todos los móviles, PDA e portátiles soportan o seu funcionamento
• Productividade: propician de xeito sinxelo á colaboración, o teletraballo, etc.
• Disponibilidade: É a única solución para zonas rurais diseminadas onde non chega o cableado

Inconvintes

• Cambios atmosféricos: pode afectarlles a choiva, o vento, etc.
• Interferencias externas: doutros emisores de microondas.
• Falta de seguridade: requiere aumentar a seguridade e a encriptación por al emitirse libremente polo aire e poder ser interceptado por calquiera
• Máis erros: polas interferencias
• Máis costes iniciais: os dispositivos, antenas, etc. son más caros.
• Menor velocidade
• Máis custe en soporte: usuarios que se conectan a outra rede, que sufren malfuncionamento polas interferencias, etc.

Clasificación segundo alcance e/ou topoloxía

PAN ou WPAN (Wireless Personal Area Network), Rede Inalámbrica de Área Personal
Rede inalámbrica de interconexión de periféricos que se pode atopar tanto a uns poucos centímetros como a metros de distancia do emisor, con velocidades de transmisión inferiores ó megabit por segundo. O estándar máis coñecido é Bluetooth, que se utiliza para o intercambio de ficheiros «Persona a Persona» (Person to Person, Peer-to-Peer o P2P) ou "Terminal a Terminal" (Device-to-Device o D2D).
Existen outros estándares, como os infravermellos, RFID, TAG, UWB, ZigBee, intrared, Homero, etc., que cumplen o estándar IEEE 802.15. 
O DBT-120 é un transmisor con conector USB tipo A que permite conectar un terminal (ordenador, portátil, PDA, móvil, impresora, etc.) os seus periféricos, ou a otros terminales, creando unha PAN.

WLAN (Wireless Local Area Network), Rede Inalámbrica de Área Local 
Rede inalámbrica que se situa no mesmo edificio (cun óptimo de 100 m ata un máximo de 450 m). A máis coñecida é a WiFi, que utiliza o estándar IEEE 802.11 en sus múltiples versións (802.11a, 802.11b, 802.11g e a 802.11n), aínda que existen oturas tecnoloxías, coma é HiperLAN2.

WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), Rede Inalámbrica de Área Metropolitana
Rede inalámbrica que se sitúa nun barrio, urbanización ou municipio pequeno (a poucos kilómetros). As tecnologías deste grupo se coñecen coma Inalámbricas de Banda Ancha (Wireless Broadband); algúns exemplos son os WiMax e o WiBro, que soportan ata uns 54 km de distancia teóricos.

WWAN(Wireless Wide Area Network), Rede Inalámbrica de Área Mundial 
Rede inalámbrica global baseada en tecnoloxías como vSAT (conexións satélite moi utilizadas en barrios da periferia das capitales, no campo, etc.); 2G, 3G e 4G (solucións vía telefonía móvil, que cada día gañan máis adeptos ya que poden chegar a velocidades de centos de megabits por segundo, aínda que en España solo se chega a 24 megabits por segundo nas cidades más grandes e áreas concretas), etc.

Tecnoloxías de rede inalámbrica

Infravermellos 
Baséase en raios luminosos. Os transmisores e receptores modulan a luz infrvermella non coherente, pero deben estar alineados directamente ou cunha reflexión nunha superficie; a luz non pode atravesar as paredes. 
Teñen unha frecuencia que vai desde os 300 GHz aos 384 THz e permiten a comunicación bidireccional entre dous extremos, a velocidades que van dende os os 9,6 Kbps ata os 4 Mbps, para unha amplia gama de dispositivos (e tanto en portátiles coma en móviles)

Bluetooth
O estándar IEEE 802.15.1 define a posibilidade de transmisión de voz e datos entre dispositivos mediante un enlace de radiofrecuencia segura e sen licencia de curto rango. O alcance é tan limitado coma uns poucos metros. 
Esta tecnoloxía é moi utilizada en móviles, portátiles, coches, mans libres, etc., xa que permite tanto crear redes pequenas coma sincronizar datos entre os nosos equipos personais.

WiFi 
Normas ou conxunto de especificacións baseadas no estándar IEEE 802.11, que actúan na capa física e de enlace do modelo OSI. 
As súas versións 802.11b (ata 11 Mbps) e 802.11g (ata 54 Mbps en modo normal e 108 Mbps con técnicas de aceleración) disfrutan dunha aceptación universal, debido a que traballan na banda 2.4 GHz. 
Esta tecnoloxía é moi insegura e pode sufrir interferencias causadas por fornos, microondas, teléfonos móviles e outros dispositivos; ou polas condicións do entorno.

Microondas por satélite
Coa tecnología vSAT, establecense enlaces entre varias estacións terrestres (estacións base).
O satélite recibe o sinal (sinal ascendente), amplificao e retransmite na outra banda (sinal descendente).
Pode haber interfencias tanto terrestres como por satélite, xunto ós infravermellos e as ondas de radio, polas cecanas fronteiras entre bandas de frecuencia, provocando que se mezclen.
As súas frecuencias oscilan entre 1GHz e 10GHz, con 10 Mbps, alcanzando ata aproximadamente 80 kms (os satélites están a uns 35 kms). 
Unha das desventaxas deste método é o retardo que se produce duns 0,25 segundos, inaceptable para determinadas aplicaciónes. 
Unha das súas ventaxaa é a cobertura superando a da tecnoloxía móvil (2G, 3G, 4G...) pero cuns aparatos receptores moito máis caros.

Microondas terrestres 
Neste método empleanse antenas parabólicas cun diámetro aproximado de unos 3 m.
Ventaxa. Teñen unha cobertura de kilómetros.
Inconvinte. Emisor e receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso é frecuente se utilicen en enlaces punto a punto para distancias cortas. 
Neste caso, hay que ter en conta que debido a que se opera nunha frecuencia máis elevada a choiva pode producir unha atenuación importante no sinal. 
As microondas van en frecuencias desde 1GHz hasta 300GHz. Actualmente xa no existen casi proveedores destes servicios pero se poden seguir

alugando a Telefónica, Iberdrola, etc.

Frecuencias de transmisión... PENDENTE

Arquitectura de red inalámbrica... PENDENTE

Modos topolóxicos ou de conexión

Modo ad hoc 
Dúas ou más estaciones comunicanse directamente entre sí utilizando ondas de radio sen necesidade de ningún intermediario. Este método se usa en redes pequenas.

Modo infraestructura 
As diferentes estacións dunha rede comunicanse a través dun intermediario que organiza a comunicación mediante ondas de radio entre os nodos inalámbricos da red (Punto de Acceso). O Punto de Acceso é o centro das comunicacións.

Estándares IEEE 802

As normas IEEE 802®, son uns estándares de redes locais e redes metropolitanas estudiadas e consensuadas por grupos de traballo pertencentes ó Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. Máis ala das redes sen fíos, estos son algúns dos estándares máis coñecidos:

• IEEE 802.3: Ethernet.
• IEEE 802.6: MAN (fibra óptica).
• IEEE 802.x: FDDI.
• IEEE 802.16.1: LDMS.
• IEEE 802.22: WRAN (Wireless Regional Area Network, Red de Área Regional inalámbrica).
• IEEE 802.23: RDSI de banda ancha (experimental).

Todos estos estándares e os que veremos a continuación para redes sen fíos traballan nas capas de datos e física do modelo OSI

IEEE 802.11

Comezamos cunha táboa que resume os datos máis relevantes:

Norma	Velocidades	Canles	Frecuencias	Nome comercial	Compatibilidade
802.11
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n
802.11d
802.11e
802.15.1
802.15.3a
802.15.4
802.20

802.11a

El IEEE 802.11a acepta velocidades de hasta los 54 Mbps, pero utiliza frecuencias superiores a los 5 GHz, lo que produce incompatibilidades con el 802.11b y 802.11g. Esta banda tan alta estaba asignada para fuerzas públicas y servicios de urgencias (Bomberos, Cruz Roja, etc.) y recientemente ha comenzado a liberarse, por lo que este estándar es relativamente el «más nuevo». Es muy útil para zonas con mucho ruido y/o interferencias o simplemente para separar el tráfico en zonas saturadas de señal en frecuencias más bajas. Con esta norma se pueden usar hasta ocho canales no superpuestos

802.11b

El IEEE 802.11b es el más popular por ser el primero en imponerse y es soportado por multitud de dispositivos. De los once canales existentes en la mayoría de países, este estándar solo permite utilizar tres canales no superpuestos, sin embargo en Europa, donde se usan los estándares ETSI, se pueden emplear cuatro de los trece canales existentes.

A la hora de adquirir un punto de acceso es importante recordar que no todos soportan estas dos normas (802.11a e 802.11b). Este estándar usa microondas

802.11g

El IEEE 802.11g se aprobó en 2003 y se popularizó por su compatibilidad con la versión 802.11b. El gran inconveniente, casi desconocido, es que al mezclarlos la velocidad la fija el equipo más lento, de un máximo de 54 Mbps (una red mixta se fija en un máximo de 11 Mbps). En cuanto a canales no superpuestos, usa los mismos que la norma 802.11b (el 1, el 6 y el 11 en casi todo el mundo; y el 1, el 4, el 9 y el 13 en Europa).

802.11n

El IEEE 802.11n se consensuó, después de 6 años, en septiembre de 2009. Emplea la tecnología MIMO (Multiple-Input/Multiple-Output), Múltiple Entrada/Múltiple Salida, donde tanto el emisor como el receptor tienen varias antenas (hasta cuatro) que amplían el ancho de banda y el alcance del WiFi con Multiplexing. Las velocidades máximas alcanzan los 600 Mbps, a frecuencias comprendidas entre los 20 GHz y los 40 GHz. La certificación soporta, en modo dual, 300 Mbps por canal, llegando a 100 Mbps a distancias de 200 m y con resistencias tres veces menores en paredes.

IEEE 802.15

El IEEE 802.15 es un grupo de trabajo especializado en PAN, que suele tener topologías en malla. Los estándares más conocidos son:

• 802.15.1 o bluetooth: soporta diferentes distancias según sus clases. Clase 1 hasta 100 m (con repetidores); clase 2 hasta 10 m y clase 3 hasta 1 m. El ancho de banda varía según su versión: v 1.2 hasta 1 Mbps, v 2.0 hasta 3Mbps y UWB entre 53 y 480 Mbps (podría ser una puerta de enlace a UMTS o WiFi). El grupo de 9.000 empresas que emplean este estándar, el bluetooth SIG, está liderado por Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel. Sirve para conectarse de terminales a host o sistemas anfitriones, crea una topología llamada piconets o picoredes (de varios dispositivos en redes ad hoc), pudiendo estar en varias redes, solapándose y formando redes dispersas (scatternet). Para conectarse se buscan los dispositivos que pueden ser enlazados y se aprueba un enlace lógico.
• 802.15.3a: el 802.15.3 define redes PAN de alta velocidad (11-55 Mbps). Su versión 802.15.3a regula el UWB (hasta 480 Mbps a 2 m y hasta 110 Mbps a

10m). Uno de los estándares basados en el UWB es el Wireless USB (WUSBoW-USB) que alcanza entre 1 Mbps a 10 m y 62,5 Kbps a 50m, usando frecuencias de entre 3,1 y 10,6 GHz, permitiendo la conexión de 127 dispositivos. El WUSB se está probando para dispositivos de interfaz humana (Human Interface Device, HID) utilizada ya por Virtual Ink, Logitech, etc.

• 802.15.4 o ZigBee: trabaja en las frecuencias 2,4 GHz/868 MHz/915MHz; soporta conexiones de 20 Kb, 40 Kb y 250 Kb, y tiene un alcance inferior a75 m.

El IEEE 802.20 o Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), Acceso Inalámbrico Móvil de Banda Ancha, habilita la posibilidad de crear redes WWAM de diferentes proveedores. Emplea frecuencias de 5 MHz, 10 MHz y 20 MHz, puede tener picos de transmisión de hasta 80 Mbps. Permite conexiones MIMO y soporta hasta 100 terminales por MHz.

IEEE 802.16

O estándar IEEE 802.16 é o estándar de facto de WiMax e conta con dúas versións:

802.16d 
Aplicase para os accesos de dispositivos fixos nos que se establece un enlace radio entre a estación base e un equipo de usuario situado no seu domicilio.
A velocidad máxima teórica sitúase en 70 Mbps pero, a nivel práctico, tense chegado a 20 Mbps en células de 6 km.

802.16e 
Permite o desprazamento do usuario ou dispositivos móviles. Este grupo segue consensuando este estándar que aínda non está finalizado

Puntos de acceso (access points, AP)

O punto de acceso (Access Point, AP o Wireless Access Point, WAP) é o intermediario da comunicación nunha rede sen fíos con topoloxía en modo infraestructura, que se comunica por ondas de radio; isto é, que actúa de ponte ou bridge.

O AP pode comunicarse con calquera nodo que se atope no seu radio de acción, sendo o centro das comunicaciones.

Configuración dun punto de acceso

Desde un punto de vista práctico podemos revisar cómo facer a configuración dun punto de acceso

Antenas

Son parte fundamental dos dispositivos inalámbricos xa que se encargan de enviar e recibir ondas electromagnéticas cos datos.

Clasificación segundo a forma do sinal que cubren

• Omnidireccionais

Radian a señal en todas as direccións (sendo exactos segundo un diagrama en forma de toro).

A medida que aumenta a ganancia deste tipo de antenas pode acadarse conexións a maiores distancias, mais a potencia concrase cada vez mais no eixo horizontal.

• Direccionais ou bidireccionais

Concentran a señal nunha ou dúas (bidireccionais) direccións e cobren certo ángulo ó redor da dirección á que se apunta.

Canto maior sea a ganancia da antena, menor será o ángulo de radiación, e resultará máis difícil apuntar o outro extremo e mater unha conexión estable.

• Sectoriais

Tipo mixo, que intenta xuntar o mellor dos anteriores. Emite señal máis amplia que unha direccional pero meor que a omnidireccional; e a súa intesidade é maior que a omnidireccional pero lixeiramente inferior a direccional.

Características

• alcance ou intensidade: distancia física en liña recta entre dous puntos
• dimensións: importante saber se colle onde debe colocarse ;)
• rangos de temperatura: qué pode soportar en funcionamento, e se é para interior ou exterior
• polarización: vertical ou horizontal
• frecuencia de trabalo: por exemplo, para Wifi de banda 2.4 GHz oscila entre 2.400 e 2.485 MHz)
• ganancia ou potencia: expresada en dBi (fabricantes) ou en dBd (reales)

A potencia expresada polos fabricantes en dBi pode ser convertida mediante esta fórmula: GdBd = Gdbi - 2,15

• ángulos de recepción do ancho de banda: Horizontal ou Vertical Beam Bandwith

Referencias

• Teoría do CIFP de aprendizaxes virtuais e dixitalizados]
• Servicios en red. Editorial Mc Graw Hill
• Servicios en red. Editorial Editex