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

• Infrarrojos: la tecnología de infrarrojos se basa en rayos luminosos. Los transmisores

y receptores modulan la luz infrarroja no coherente, pero deben estar alineados directamente o con una reflexión en una superficie; la luz no puede atravesar las paredes. Los infrarrojos tienen una frecuencia que va desde los 300 GHz a los 384 THz y permiten la comunicación bidireccional entre dos extremos, a velocidades que van entre los 9,6 Kbps y los 4 Mbps, para una amplia gama de dispositivos. Esta tecnología se usa tanto en portátiles como en móviles

• Bluetooth: el estándar IEEE 802.15.1 define la posibilidad de transmisión de

voz y datos entre dispositivos mediante un enlace de radiofrecuencia segura y sin licencia de corto rango. El alcance es tan limitado que se ciñe a redes de pocos metros. Esta tecnología es muy utilizada en móviles, portátiles, coches, manos libres, etc., ya que no solo da la posibilidad de crear redes pequeñas, sino que permite sincronizar datos entre nuestros equipos personales.

• WiFi: normas o conjunto de especificaciones basadas en el estándar IEEE

802.11, que actúan en la capa física y de enlace del modelo OSI. Sus versiones 802.11b (hasta 11 Mbps) y 802.11g (hasta 54 Mbps en modo normal y 108 Mbps con técnicas de aceleración) disfrutan de una aceptación universal, debido a que trabajan en la banda 2.4 GHz, disponible casi universalmente. Esta tecnología es muy insegura y puede sufrir interferencias causadas por hornos, microondas, teléfonos móviles y otros dispositivos o por las condiciones del entorno (hasta 600 Mbps en condiciones óptimas).

• Microondas por satélite: ya hemos comentado la tecnología vSAT, a través de

la cual se establecen enlaces entre varias estaciones terrestres (estaciones base). El satélite recibe la señal (señal ascendente), la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente). Las fronteras entre bandas de frecuencia, tanto terrestres como por satélite, junto a los infrarrojos y las ondas de radio, se mezclan y pueden crear interferencias. Sus frecuencias oscilan entre 1GHz y 10GHz, con 10 Mbps, alcanzando hasta aproximadamente 80 km (los satélites están a unos 35 km). Una de las desventajas de este método es el retardo que se produce, unos 0,25 segundos, inaceptable para determinadas aplicaciones. Aunque una de las grandes ventajas es la cobertura, que supera a la de la tecnología móvil (2G, 3G, 4G...) pero los aparatos receptores son mucho más caros.

• Microondas terrestres: en este método se emplean antenas parabólicas con

un diámetro aproximado de unos 3 m. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso se suelen utilizar en enlaces punto a punto para distancias cortas. En este caso, hay que tener en cuenta que la lluvia puede producir una atenuación importante en la señal, ya que se opera a una frecuencia más elevada. Las microondas poseen frecuencias que van desde 1GHz hasta 300GHz. Actualmente ya no existen casi proveedores de estos servicios pero se pueden seguir alquilando 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:

• A 802.16d se aplica para los accesos de dispositivos fijos, en los que se establece

un enlace radio entre la estación base y un equipo de usuario situado en su domicilio. La velocidad máxima teórica se sitúa en 70 Mbps pero, a nivel práctico, se ha llegado a 20 Mbps en células de 6 km.

• A 802.16e permite o desprazamento do usuario ou dispositivos móviles. Este grupo segue a consensuando o 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