REDES INALAMBRICAS

1.  QUE SON REDES  INALÁMBRICAS

Una red inalámbrica es, como su nombre lo indica, una red en la que dos o más terminales (por ejemplo, ordenadores portátiles, agendas electrónicas, etc.) se pueden comunicar sin la necesidad de una conexión por cable. Con las redes inalámbricas, un usuario puede mantenerse conectado cuando se desplaza dentro de una determinada área geográfica. Por esta razón, a veces se utiliza el término "movilidad" cuando se trata este tema.

Las redes inalámbricas se basan en un enlace que utiliza ondas electromagnéticas (radio e infrarrojo) en lugar de cableado estándar. Hay muchas tecnologías diferentes que se diferencian por la frecuencia de transmisión que utilizan, y el alcance y la velocidad de sus transmisiones.

Las redes inalámbricas permiten que los dispositivos remotos se conecten sin dificultad, ya se encuentren a unos metros de distancia como a varios kilómetros. Asimismo, la instalación de estas redes no requiere de ningún cambio significativo en la infraestructura existente como pasa con las redes cableadas. Tampoco hay necesidad de agujerear las paredes para pasar cables ni de instalar portacables o conectores. Esto ha hecho que el uso de esta tecnología se extienda con rapidez.

2.  TIPOS DE REDES INALÁMBRICAS

Según su cobertura, se pueden clasificar en diferentes tipos:

 Wireless Personal Area Network

En este tipo de red de cobertura personal, existen tecnologías basadas en HomeRF (estándar para conectar todos los teléfonos móviles de la casa y los ordenadores mediante un aparato central); Bluetooth (protocolo que sigue la especificación IEEE 802.15.1); ZigBee (basado en la especificación IEEE 802.15.4 y utilizado en aplicaciones como la domótica, que requieren comunicaciones seguras con tasas bajas de transmisión de datos y maximización de la vida útil de sus baterías, bajo consumo); RFID (sistema remoto de almacenamiento y recuperación de datos con el propósito de transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único) mediante ondas de radio.

Wireless Local Area Network

En las redes de área local podemos encontrar tecnologías inalámbricas basadas en HIPERLAN (del inglés, High Performance Radio LAN), un estándar del grupo ETSI, o tecnologías basadas en Wi-Fi, que siguen el estándar IEEE 802.11 con diferentes variantes.

Wireless Metropolitana Área Network

Para redes de área metropolitana se encuentran tecnologías basadas en WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access, es decir, Interoperabilidad Mundial para Acceso con Microondas), un estándar de comunicación inalámbrica basado en la norma IEEE 802.16. WiMAX es un protocolo parecido a Wi-Fi, pero con más cobertura y ancho de banda. También podemos encontrar otros sistemas de comunicación como LMDS (Local Multipoint Distribution Service).

 Wireless Wide Area Network

Una WWAN difiere de una WLAN (wireless local area network) en que usa tecnologías de red celular de comunicaciones móviles como WiMAX (aunque se aplica mejor a Redes WMAN), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), GPRS, EDGE, CDMA2000, GSM, CDPD, Mobitex, HSPA y 3G para transferir los datos. También incluye LMDS y Wi-Fi autónoma para conectar a internet.^[]

3. ANTENAS

La Antena es una herramienta fundamental, es la que emite la señal. Existen dos familias de antenas, las omnidireccionales y las direccionales.

La antena es un elemento fundamental de cualquier instalación de radio, siendo tan importante, que de ella depende que la señal llegue hasta donde tenemos previsto con el mayor nivel y calidad que sea posible.

Una antena es un elemento irradiante, emite la señal que le inyecta la etapa final de cualquier aparato de radio. En nuestro caso nos vamos a centrar en las antenas para 2.4Ghz que son las usadas para 802.11b, .11g y .11n

Existen 2 grandes grupos de antenas:

ANTENAS DIRECCIONALES:

Estas Antenas concentran toda la señal de la tarjeta al AP, por eso se llaman antenas direccional, porque se comunicacan a una direccion concreta.

Estas antenas son capaces de enfocar toda la señal que le aplica la tarjeta o punto de acceso, a una dirección concreta, con mayor o menor grado directividad en función del modelo y características. Normalmente estas antenas se usan para establecer enlaces punto a punto (direccional contra direccional) o para enlazar con un nodo que tenga una antena Omni direccional.

Dentro de la gama de antenas direccionales, existen también varios modelos y formas, cada una con un uso concreto:

a) Antena Direccional de rejilla, o parabólica:


Es la típica antena para establecer enlaces punto a punto o para conectar a un nodo. Se caracterizan por su alta ganancia, que va desde unos discretos 15dBi, llegando en los modelos superiores hasta los 24dBi. Cuanta más alta es la ganancia de este tipo de antenas, más alta es su direccionalidad, ya que se reduce muchísimo el ángulo en el que irradian la señal, llegando a ser tan estrechos como 8º de apertura.... Para quien no comprenda esto, le pongo los siguientes gráficos:

Esta imagen representa a la radiación de una antena direccional de poca ganancia. Nótese que la elipse en negrita es ancha, y que su extremo superior también lo es, eso quiere decir que no es tan directiva como pudiera parecer, admitiendo un margen de error considerable a la hora de apuntar con ella. En esta imagen se nota claramente un haz mucho más estrecho, lo que la hace bastante más directiva y más crítica de apuntar. Esta gráfica podría ser perfectamente la de una antena de 24dBi, ya que por sus características se corresponde plenamente.

Un detalle de estas antenas es que, la rejilla lo único que hace es concentrar la señal que llega hasta ella, y enviarla al 'dipolo' que está cubierto por un plástico protector.


b) Antena Direccional tipo Patch Panel:

Con estas antenas se consigue crear pequeñas zonas de cobertura, tanto como recintos, estaciones de metro y similares, consiguiendo con varias de ellas establecer 'células' (como en telefonía móvil). Otra utilidad puede darse para sustituir una antena omnidireccional, tras la cual pudiera encontrarse un edificio u otra estructura que impidiera que la señal se propagase, poniendo varias de ellas para cubrir la zona deseada y no desperdiciar señal. A esta unión de antenas se las llama 'Array'.
Normalmente la anchura del haz que irradian estas antenas es de 25º tanto en vertical como en horizontal.

ANTENAS OMNI-DIRECCIONALES:

Esta antena recibe su nombre por la capacidad de emitir señal en todas las direcciones.

Como su nombre indica, estas antenas son capaces de emitir señal en todas las direcciones, pero esto tiene un pequeño matiz; imaginemos una antena omnidireccional vista desde arriba:



La gráfica representa una radiación en todas las direcciones, pero... ¿si vemos la antena de lado?:



Las líneas grises representan hasta dónde la señal es emitida. Esto quiere decir que realmente estas antenas no emiten señal en todas las direcciones, sino más bien sobre su propio plano es donde se conseguirá la máxima potencia.
Una cosa que pasa de forma bastante habitual, es que se pone la antena en un lugar muy alto, y luego a la altura de la calle no llega la señal, queda claro con este dibujo que es lo que está pasando: la señal no llega porque la antena es omnidireccional sólo sobre su mismo plano...
Con la ganancia de las antenas omnidireccionales pasa algo muy similar al lo que ocurría con las direccionales: cuanto más alta es su ganancia, más estrecha es la radiación horizontal que estas emiten.

4. MEDIO DE TRASMISIÓN

Conexión sin hilos:

INFRARROJOS

El uso de mandos a distancia basados en transmisión por infrarrojos esta ampliamente extendida en el mercado residencial para teleco mandar equipos de Audio y Vídeo.

La comunicación se realiza entre un diodo emisor que emite una luz en la banda de IR, sobre la que se superpone una señal, convenientemente modulada con la información de control, y un fotodiodo receptor cuya misión consiste en extraer de la señal recibida la información de control.

Los controladores de equipos domésticos basados en la transmisión de ondas en la banda de los infrarrojos tienen las siguientes ventajas:

§ Comodidad y flexibilidad.

§ Admiten gran número de aplicaciones.

Al tratarse de un medio de transmisión óptico es inmune a las radiaciones electromagnéticas producidas por los equipos domésticos o por los demás medios de transmisión (coaxial, cables pares, red de distribución de energía eléctrica, etc.). Sin embargo, habrá que tomar precauciones en los siguientes casos:

§ Las interferencias electromagnéticas sólo afectaran a los extremos del medio IR, es decir, a partir de los dispositivos opto electrónicos (diodo emisor y fotodiodo receptor).

§ Es necesario tener en cuenta otras posibles fuentes de IR. Hoy en día, existen diferentes dispositivos de iluminación que emiten cierta radiación IR.

5. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

• Ondas de radio: las ondas electromagnéticas son omnidireccionales, así que no son necesarias las antenas parabólicas. La transmisión no es sensible a las atenuaciones producidas por la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiado elevadas. En este rango se encuentran las bandas desde la ELF que va de 3 a 30 Hz, hasta la banda UHF que va de los 300 a los 3000 MHz, es decir, comprende el espectro radioelectrico de 30 - 3000000000 Hz.

• Microondas terrestres: se utilizan antenas parabólicas con un diámetro aproximado de unos tres metros. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso, se acostumbran a utilizar en enlaces punto a punto en distancias cortas. En este caso, la atenuación producida por la lluvia es más importante ya que se opera a una frecuencia más elevada. Las microondas comprenden las frecuencias desde 1 hasta 300 GHz.

• Microondas por satélite: se hacen enlaces entre dos o más estaciones terrestres que se denominan estaciones base. El satélite recibe la señal (denominada señal ascendente) en una banda de frecuencia, la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente). Cada satélite opera en unas bandas concretas. Las fronteras frecuenciales de las microondas, tanto terrestres como por satélite, con los infrarrojos y las ondas de radio de alta frecuencia se mezclan bastante, así que pueden haber interferencias con las comunicaciones en determinadas frecuencias.

• Infrarrojos: se enlazan transmisores y receptores que modulan la luz infrarroja no coherente. Deben estar alineados directamente o con una reflexión en una superficie. No pueden atravesar las paredes. Los infrarrojos van desde 300 GHz hasta 384 THz.

6. radio de propagación

Las ondas al llegar a la superficie de separación de dos medios puede ser reflejada o transmitida (refractada o difractada).

La reflexión puede ser parcial o total. Además puede producirse con cambio de fase o no dependiendo de la rigidez de la superficie de separación.

Las ondas transmitidas pueden ser refractadas o difractadas:

Refracción: se da cuando la onda pasa de un medio a otro y se producen cambios en la velocidad y en la dirección de propagación.

Difracción: se produce cuando la onda "choca" contra un obstáculo o penetra por una agujero. La mayor difracción se produce cuando el tamaño del agujero o del obstáculo son parecidos a la longitud de onda de la onda incidente.

7.SEÑALES INALAMBRICAS

Conceptos básicos de Señal En la presente seccion se pretende ofrecer una visión de los conceptos básicos relacionados con la señal wireless, tales como la claridad, enfoque, transmisión, etc de la señal. 1-Factores que influyen la claridad de la señal La claridad de señal es la clave para la realización de una comunicación Wireless. Algunos de los factores que afectan la claridad son: Potencia de la señal: Obviamente, una señal fuerte permite una mejor recepción en largas distancias. La normativa en España para el nivel de señal en transmisión Wireless es de 100mW para la frecuencia de 2,4GHz y de 1W para la frecuencia de 5,4GHz. Distancia: La potencia de la señal de radiofrecuencia (RF) disminuye con la distancia. Además se pueden sumar interferencias no deseadas con lo que se consiguen distancias menores. Como veremos más adelante, la señal puede ser modificada de diferentes formas para adecuarla a la distancia que tenga que recorrer (tipos de antenas). Interferencias: Los factores atmosféricos, como la nieve, la lluvia o el granizo, pueden interferir en la señal. Es un dato a tener en cuenta cuando se quieren realizar enlaces wireless en exteriores. Normalmente las interferencias de RF son causadas por aparatos que están emitendo cerca, en la misma banda y mismo canal que nosotros. También se consideran interferencias a las transmisiónes wifi que esten en el mismo canal que nuestra señal, por lo que siempre es conveniente utilizar el canal menos utilizado. Incluso otros sistemas de RF como puede ser microondas o cualquier otro sistema también puede interferir y degradar el nivel de nuestra señal. Línea de visión: La señal necesita visión directa para realizar bien la comunicación. Si hay obstáculos en la línea de visión, no se podrá realizar la conexión. La transmisión Wifi está sólo es válida para enlaces con visión directa. Aunque en interiores es posible que aprovechando los rebotes de la señal en paredes u otros objetos, pero en ningún caso se ofrece una garantia de señal al traspasar un objeto por fino que pueda ser este, se podría conseguir un enlace wireless. 2-Transmisión de la señal Las ondas de señal de radio viajan como las vibraciones del agua de una piscina cuando se lanza un objeto. La potencia de la señal disminuye a medida que la señal se aleja de la primera onda. Una antena direccional refleja la señal en una dirección y crea un foco en forma de cono con gran potencia. La señal no se propagada a partes iguales por todo el foco. Igual que la luz es enfocada con más intensidad con una lupa, la señal de RF es más fuerte con un área más estrecha y central. Nos referimos al área donde la señal es más fuerte como el centro del lóbulo. Siempre siendo más debil en los extremos. El ancho del haz de la señal de RF depende de cómo la antena forma la señal (tipo de antena) y la distancia de la fuente de la señal. La señal se atenúa gradualmente en el borde del cono y no es aconsejable medir la señal desde el borde. La amplitud del haz (no el nivel de potencia) de señal aumenta con la distancia, si se desea medir la anchura de la señal en metros, no se podrá determinar hasta que no se sepa a que distancia estará. La potencia de la señal se mide en decibelios (dB). El número de decibelios indica la distancia de la señal respecto a su punto central, es decir el alcance de esta. Las ondas pueden rebotar en algunos objetos que encuentren por su camino, en este caso las ondas se desfasan con mayor o menor grado en funcion del material en el que reboten y su angulo de incisión. Una vez una señal es rebotada/desfasada puede ser recuperada o no en funcion del desfase de la misma. Normalmente si los desfases son muy pequeños, casi despreciables se puede recuperar la señal. Existen tipos de antenas que emiten con una polarización concreta, horizontal, vertical, circular y la novedad que es multipolaridad que recupera las señales desfasadas. Se ha de resaltar que si se utiliza en un emisor una antena con polarización horizontal, es lógico, que en la recepción se utilice una antena con la misma polarización, ya que en caso contrario no se recuperaria la señal debido al desfase natural que hay entre las dos antenas (90 grados). 3-Enfocar la señal Si la distancia de transmisión aumenta, es necesario compensar la distancia seleccionando una antena con una transmisión más enfocada y un foco más estrecho, es decir una antena directiva. Algunos de los beneficios de utilizar antenas directivas es que al tener un foco más estrecho, las señales interferentes se minimizan a aquellas que pasen y coincidan en el haz de la misma. En casos anteriores, al tener un haz más ancho la posibilidad de encontrar interferencias era superior. Para conseguir un enlace entre dos puntos, lo más conveniente es que los dos lobulos principales del emisor y el receptor coincidan en al menos un punto, no es necesario que el lóbulo de cada uno de los extremos este superpuesto con el otro. Pero cuanto más superposición exista entre los lóbulos del emisor y el receptor mejor sera la señal en el enlace, por lo que es aconsejable que siempre estén superpuestos al 100%. Por ejemplo: Para hacer un enlace de 1km, se tendría que poner una antena en el emisor y en el receptor que tengan un alcance de 1km, y no poner dos que tuviesen un alcance de 600 metros que solo coincidirían sus lóbulos en 200 metros. Cuando se quieren enlazar grandes distancias, incluso una antena muy direccional puede tener un gran cono de cobertura. Por ejemplo, con algunas parabólicas de mucha ganancia se pueden conseguir distancias de hasta 20km aproximadamente, y a estas distancias el haz de la señal habrá abierto o aumentado mucho y se puede ver afectada por interferencias. 4-Línea de visión (LOS) El éxito de un enlace de RF depende de la línea de visión. Una línea de visión sin obstáculos se llama “free space path” (Camino con espacio libre). Sin línea de visión directa, tal y como se ha comentado con anterioridad, no es posible realizar un enlace vía Wifi. Un obstáculo en la linea de visión del enlace reduce o elimina totalmente la señal. La desviación de la señal al pasar alrededor de un obstáculo se llama difracción. Una reducción de la potencia de la señal es conocida como atenuación. Si una antena apunta hacia una ventana de cristal, el cristal debido a su coeficiente de difracción atenuará en gran medida la señal. Algunos tipos de cristal reflectante ofrecen un nivel de atenuación. La señal que pasa por una construcción de madera o un bosque también será atenuada. Las hojas mojadas pueden afectar substancialmente en la señal. También se ha de comentar, que no siempre es suficiente una visión directa entre dos puntos para realizar un enlace wireless. Ya que ha de tener un campo de visión lo suficientemente ancho como para que pase un cierto porcentaje del haz del emisor y el receptor. Existen las zonas de Fresnel que definen las anchuras y alturas necesarias para tener una linea de visión suficiente para realizar los enlaces, pero no entraremos a detallarla en estos conceptos básicos. 5-Posición estable de la antena Para obtener un óptimo rendimiento, se debe ajustar las antenas con la máxima precisión posible. Para asegurar un buen alineamiento de las antenas, es preciso mantenerlas en una posición estable y rígida. Esto es difícil de conseguir en exteriores y sobretodo cuando se utilizan antenas parabólicas de plato rígido montadas en mástiles flexibles, ya que el viento hará mover la antena. Hay que asegurarse que el mástil donde se instala sea rígido. Para instalaciones interiores este fenomeno es despreciable. En Conclusion la claridad en la señal RF es un factor muy importante para obtener un buen rendimiento en el enlace Wireless. Teniendo en cuenta que resulta bastante difícil mantener una señal clara cuando se aumenta la distancia debido a todo lo explicado en el presente tutorial. Para conseguir una buena señal en distancias largas, se debe mantener el enlace RF libre de obstáculos, transmitir en los canales menos utilizados y utilizar antenas lo más directivas posibles para obtener menores interferencias.

8. PROTOCOLOS

802.11 legacy

La versión original del estándar IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) 802.11 publicada en 1997 especifica dos velocidades de transmisión teóricas de 1 y 2 megabits por segundo (Mbit/s) que se transmiten por señales infrarrojas (IR). IR sigue siendo parte del estándar, si bien 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.

802.11a

La revisión 802.11a 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 sin solapa, 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.

802.11b:

La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999. 802.11b tiene una velocidad máxima de transmisión de 11 Mbps y utiliza el mismo método de acceso definido en el estándar original CSMA/CA. El estándar 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 Mbits sobre TCP y 7,1 Mbit/s sobre UDP.

802.11c

Es menos usado que los primeros dos, pero por la implementación que este protocolo refleja. El protocolo ‘c’ es utilizado para la comunicación de dos redes distintas o de diferentes tipos, así como puede ser tanto conectar dos edificios distantes el uno con el otro, así como conectar dos redes de diferente tipo a través de una conexión inalámbrica. El protocolo ‘c’ es más utilizado diariamente, debido al costo que implica las largas distancias de instalación con fibra óptica, que aunque más fidedigna, resulta más costosa tanto en instrumentos monetarios como en tiempo de instalación.

"El estándar combinado 802.11c no ofrece ningún interés para el público general. Es solamente una versión modificada del estándar 802.1d que permite combinar el 802.1d con dispositivos compatibles 802.11 (en el nivel de enlace de datos capa 2 del modelo OSI)".

9. ESTANDAR 802.11

El estándar 'IEEE 802.11' define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una WLAN. Los protocolos de la rama 802.x definen la tecnología de redes de área local y redes de área metropolitana.

Wifi N o 802.11n: En la actualidad la mayoría de productos son de la especificación b o g , sin embargo ya se ha ratificado el estándar 802.11n que sube el límite teórico hasta los 600 Mbps. Actualmente ya existen varios productos que cumplen el estándar N con un máximo de 300 Mbps (80-100 estables).

El estándar 802.11n hace uso simultáneo de ambas bandas, 2,4 Ghz y 5,4 Ghz. Las redes que trabajan bajo los estándares 802.11b y 802.11g, tras la reciente ratificación del estándar, se empiezan a fabricar de forma masiva y es objeto de promociones por parte de los distintos ISP, de forma que la masificación de la citada tecnología parece estar en camino. Todas las versiones de 802.11xx, aportan la ventaja de ser compatibles entre sí, de forma que el usuario no necesitará nada más que su adaptador wifi integrado, para poder conectarse a la red.