instituto politÉcnico nacional...• configurar una red ad-hoc y evaluar sus parámetros. •...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

“IEEE 802.11n como estándar óptimo para la transmisión de video en una

red inalámbrica.”

UNIDAD PROFESIONAL ‘’ADOLFO LÓPEZ MATEOS’’

Asesores:

Ing. Julio Delgado Pérez

Ing. Jesús de la Cruz Herrera

PROYECTO DE TITULACIÓN

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTAN:

García Rojas Christian Manuel

Reyes Torres Jesús Javier

México D.F., 2015

InstitutoPolitécnicoNacionalESIMEZACATENCO

IEEE 802.11n como estándar óptimo para la transmisión de video en una red

inalámbrica


Introducción

En la actualidad el uso de las redes inalámbricas de área local se han convertido en una de las principales herramientas para la comunicación, ya que las personas no siempre cuentan con una infraestructura física para conectarse a la red.

El hardware para las redes LAN ha sido muy demandado los últimos años, debido a que la gente quiere estar conectada en cualquier lugar, como aeropuertos, en su trabajo y cafeterías. Esto implica también que la cantidad de datos y en especial los recursos multimedia sean solicitados cada vez en mayor cantidad, lo que implica la necesidad de contar con sistemas que soporten mayor velocidad de transmisión para satisfacer la demanda de los usuarios.

El estándar 802.11 define las características de una red de área local inalámbrica (WLAN), en la actualidad la mayoría de los dispositivos trabajan bajo las versiones 802.11 a/b/g, las cuales no satisfacen las necesidades de los usuarios actuales, el estándar 802.11n es la versión más actual del estándar la cual nos proporciona mayores velocidades de transmisión y confiabilidad, permitiéndonos hacer redes más grandes y con conexiones más rápidas.

Muchos usuarios se resisten a cambiar sus dispositivos a la versión más actual del estándar, debido a que esperan que se perfeccione su funcionamiento y bajen los costos de los dispositivos, pero para que esto suceda debe incrementar la demanda de esos dispositivos por parte de los usuarios.

El propósito de este trabajo es explicar el funcionamiento y las mejoras introducidas en el estándar IEEE 802.11n, proponer algunas estrategias de migración y las desventajas que existen en no hacerlo.


III|P á g i n a

Objetivo general Demostrar la mejora en la velocidad y calidad de transmisión de video mediante el estándar IEEE 802.11n con respecto a los estándares IEEE 802.11 a/b/g y proponer la migración a dicho estándar.

Objetivos particulares. • Comprobar el protocolo de transmisión IEEE 802.11 • Comparar el estándar IEEE 802.11n respecto de IEEE 802.11 a/b/g. • Analizar el procedimiento de convergencia de la capa física de los estándares de

transmisión y evaluar velocidades de transmisión. • Configurar una red Ad-hoc y evaluar sus parámetros. • Proponer características para la migración al estándar IEEE 802.11n


IV|P á g i n a

Justificación Los equipos de transmisión de datos que ocupan tecnologías de radiofrecuencia como tarjetas de red inalámbricas en su mayoría usan los estándares IEEE802.11a/b/g que debido a la velocidad de transmisión de datos no cumple con las necesidades de los usuarios, con ello se requiere demostrar la mejora existente mediante el uso del estándar IEEE802.11n en cuanto a la calidad de transmisión de video en una red.


V|P á g i n a

Resumen del capitulado

Capítulo 1. Introducción a las redes inalámbricas

Se presentan los antecedentes del estándar 802.11n, que son las radiocomunicaciones y como se clasifican según la cobertura del sistema, se hace también una breve descripción de los dispositivos que se ocupan en una red inalámbrica.

Capítulo 2. Antenas

Se define lo que es una antena, se describen las principales características que tiene una antena por medio de las cuales se puede caracterizar y se enuncian las principales antenas utilizadas en los sistemas de comunicación por radiofrecuencia.

Capítulo 3. IEEE 802.11

Se hace una descripción del estándar IEEE 802.11, se describe la estructura de la trama, sus características en la capa física como lo son las técnicas de modulación y su frecuencia, así como también sus características en la capa de enlace de datos, se hace además una descripción de la subcapa PLCP y especificaciones físicas de las versiones del estándar 802.11 a/b/g/n.

Capítulo 4. Implementación de una red Ad-Hoc

Se establece cual es la estructura de una red Ad Hoc, se mencionan los efectos que se pueden presentar en la estructura de la red, como el fenómeno de multitrayectoria y desvanecimiento. Se muestra el procedimiento para crear una red Ad Hoc y los resultados que se obtuvieron al realizar una transferencia de video bajo distintas versiones del estándar 802.11n

Capítulo 5. Recomendaciones

Se muestran las ventajas que tiene el estándar 802.11n con respecto a las versiones anteriores del estándar, se hacen propuestas de migración de sistemas que trabajan con 802.11 a/b/g a la versión 802.11n, y se enuncian algunas desventajas que existen al no hacerlo.


VI|P á g i n a

Índice Introducción ................................................................................................................. 3

Objetivo general ......................................................................................................... III

Objetivos particulares. ................................................................................................ III

Justificación ................................................................................................................ IV

Resumen del capitulado .............................................................................................. V

Capítulo 1. Introducción a las redes inalámbricas ....................................................... 1

1.1 Antecedentes y evolución .................................................................................. 2

1.1.1 IEEE 802.11 ................................................................................................. 2

1.2 Comunicaciones por Radiofrecuencia ............................................................... 5

1.3 Clasificación de las redes de radiofrecuencia .................................................... 5

1.3.1 WPAN (Red de área personal inalámbrica) ................................................. 5

1.3.2 WLAN (Redes de área local inalámbricas) .................................................. 7

1.3.3 WMAN (Redes de área metropolitana inalámbricas) ................................... 9

1.3.4 WWAN (Redes de área extendida inalámbricas) ...................................... 10

1.4 Tecnologías inalámbricas de capa 2 ................................................................ 11

1.4.1 Bridge o puente de red .............................................................................. 11

1.4.2 Punto de acceso ........................................................................................ 11

1.4.3 Hotspot ....................................................................................................... 12

1.4.4 Switch inalámbrico ..................................................................................... 12

1.4.5 Router inalámbrico ..................................................................................... 12

Capítulo 2. Antenas ................................................................................................... 13

2.1 Definición de antena ........................................................................................ 14

2.2 Ecuaciones de Maxwell .................................................................................... 14

2.3 Parámetros de antenas .................................................................................... 15

2.3.1 Densidad de potencia radiada ................................................................... 16

2.3.2 Ganancia .................................................................................................... 17

2.3.3 Directividad ................................................................................................ 17

2.3.4 Patrón de radiación .................................................................................... 18

2.3.5 Polarización ............................................................................................... 19

2.3.6 Propagación en el ambiente ...................................................................... 20


VII|P á g i n a

2.4 Tipos de antenas .............................................................................................. 21

2.4.1 Antena Yagi ............................................................................................... 21

2.4.2 Antenas de parche ..................................................................................... 22

2.4.3 Antena parabólica ...................................................................................... 22

2.4.4 Antena monopolo. ...................................................................................... 23

2.4.5 Antenas omnidireccionales ........................................................................ 24

2.4.6 Antenas direccionales ................................................................................ 24

Capítulo 3. IEEE 802.11 ............................................................................................ 26

3.1 Estructura de la trama IEEE 802.11 ................................................................. 27

3.2 Capa física IEEE 802.11 .................................................................................. 28

3.2.1 Técnicas de modulación ............................................................................ 28

3.2.2 Frecuencia ................................................................................................. 35

3.3 Capa de enlace IEEE 802.11 ........................................................................... 35

3.3.1 Método de acceso al medio ....................................................................... 36

3.4 Especificaciones técnicas ................................................................................ 36

3.4.1 IEEE 802.11a ............................................................................................. 36

3.4.2 IEEE 802.11b ............................................................................................. 39

3.4.3 IEEE 802.11g ............................................................................................. 41

3.4.4 IEEE 802.11n ............................................................................................. 43

Capítulo 4. Implementación de una Red Ad-Hoc ..................................................... 47

4.1 Red Ad-Hoc ...................................................................................................... 48

4.2 Multitrayectoria ................................................................................................ 48

4.3 Desvanecimiento .............................................................................................. 49

4.3.1 Desvanecimiento rápido. ........................................................................... 49

4.4 Creación de la red. ........................................................................................... 51

4.5 Velocidades registradas en el enlace punto a punto. ...................................... 53

4.5.2 Caso 1: IEEE 802.11b ............................................................................... 53

4.5.3 Caso 2: IEEE 802.11n ............................................................................... 59

Capítulo 5. Recomendaciones y conclusiones .......................................................... 62

5.1 ¿Por qué 802.11n? .......................................................................................... 63

5.2 Sobre la implementación .................................................................................. 66


VIII|P á g i n a

Anexo A. Cuadro comparativo de estándares IEEE 802.11a/b/g/n ........................... 69

Anexo B. Decibel dB. ................................................................................................. 70

Anexo C. Distribución de la banda de 2.4 GHz y 5 GHz ........................................... 71

Anexo D. Características inalámbricas TPLINKTL-WN781ND ................................. 74

Anexo E. Software PRTG Paessler .......................................................................... 75

Referencias ............................................................................................................... 76

Glosario de acrónimos ............................................................................................... 77

Glosario de términos ................................................................................................. 81

Índice de tablas Tabla 2.1 Tipos de Antenas ............................................................................................................ 14Tabla 3.1 Velocidades de datos ..................................................................................................... 37Tabla 3.2 Intervalos de frecuencia para la banda de 5 GHz con identificador de canal. ......... 38Tabla 4.1 Resultados de las mediciones con el estándar 802.11b a una distancia cercana. . 54Tabla 4.2 Resultados de las mediciones con el estándar 802.11b a una distancia lejana. ..... 57Tabla 4.3 Resultados de las mediciones con el estándar 802.11b a una distancia lejana. ..... 60Tabla 5.1 Velocidades de datos para 802.11 a/b/g/n .................................................................. 66Tabla A.1 Tabla comparativa IEEE 802.11. .................................................................................. 69Tabla C.1 Espaciamiento de la banda de 2.4 GHz ...................................................................... 71Tabla C.2 Espaciamiento de la banda de 5 GHz ......................................................................... 72Tabla D.1 Características de la tarjeta de red. .............................................................................. 74

Índice de Figuras Figura 1.1 Logo Wi-Fi ........................................................................................................................ 2Figura 2.1 Campos de la antena en base a las potencias radiadas .......................................... 17Figura 2.2 Representación de un patrón de radiación en un sistema de coordenadas ........... 18Figura 2.3 Tipos de polarización de una antena .......................................................................... 19Figura 2.4 Patrón de radiación para una antena Yagi-Uda de tres elementos. ........................ 21Figura 2.5 Antena de parche o microcinta .................................................................................... 22Figura 2.6 Geometría de un reflector parabólica. ......................................................................... 23Figura 2.7 Diagrama monopolo ..................................................................................................... 23Figura2.8 Antena Rubber Ducky ................................................................................................... 24Figura2.9 Antena de parche ........................................................................................................... 24Figura2.10 Antena Yagi. ................................................................................................................. 25Figura2.11 Antena parabólica. ....................................................................................................... 25Figura 3.1 Modelo de referencia IEEE 802.11. ............................................................................ 27


IX|P á g i n a

Figura 3.2 . Formato de la trama IEEE 802.11. ............................................................................ 28Figura 3.3 Salto de frecuencia ........................................................................................................ 31Figura 3.4 Secuencia directa. ......................................................................................................... 32Figura3.5 Espectro de la señal recibida deseada con interferencia ........................................... 33Figura 3.6 Ancho de banda utilizado para DSSS en la banda de 2.4 GHz ............................... 34Figura 3.7 Formato de la trama PPDU. ......................................................................................... 38Figura 3.8 Modulación CCK. .......................................................................................................... 40Figura 3.9 Formato largo PLCP PPDU. ........................................................................................ 41Figura 3.10 Trama PPDU, ERP-DSSS/CCK ............................................................................... 42Figura 3.11 Formato de preámbulo corto PPDU para DSSS-OFDM ........................................ 43Figura 3.12 Formatos de trama en los distintos modos de funcionamiento. ............................. 45Figura 4.1 Red Ad-hoc .................................................................................................................... 48Figura 4.2 Especificaciones y activación de la red Ad-Hoc ......................................................... 51Figura 4.3 Asignación de dirección IP ........................................................................................... 52Figura 4.4 Cambio de estándar en la tarjeta de red. .................................................................... 53Figura 4.5 Grafica de los resultados medidos de la transmisión de video con una distancia de separación pequeña. ....................................................................................................................... 54Figura 4.6 Grafica de los resultados medidos de la transmisión de video con una distancia de separación de doce metros. ........................................................................................................... 56Figura 4.7 Grafica de los resultados medidos de la transmisión de video ................................. 59Figura 5.1 Coexistencia de en la banda de 2.4 GHz. .................................................................. 64Figura 5.2 Coexistencia de canales en la banda de 5 GHz. ....................................................... 65Figura C.1 División del espectro de frecuencia ............................................................................ 71


1|P á g i n a

Capítulo 1. Introducción a las redes inalámbricas


2|P á g i n a

Capítulo 1. Introducción a las redes inalámbricas 1.1 Antecedentes y evolución Existen distintos estándares que definen distintos tipos de redes inalámbricas. Para resolver el problema de compatibilidad entre equipos, los principales vendedores de soluciones inalámbricas crearon en 1999 una asociación conocida como WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance, Alianza de Compatibilidad Ethernet Inalámbrica). El objetivo de esta asociación fue crear una marca que permitiese fomentar más fácilmente la tecnología inalámbrica y asegurar la compatibilidad de equipos. En abril de 2000 WECA certifica la interoperatibilidad de equipos según la norma IEEE 802.11b bajo la marca Wi-Fi. Esto quiere decir que el usuario tiene la garantía de que todos los equipos que tengan el sello Wi-Fi pueden trabajar juntos sin problemas independientemente del fabricante de cada uno de ellos.

Figura 1.1 Logo Wi-Fi

Wi-Fi y el "Style logo" del Ying-Yang fueron inventados por la agencia Interbrand.

En el año 2002 eran casi 150 miembros de la asociación WECA. Esta asociación anunció que empezaría a certificar también los equipos IEEE 802.11a de la banda de 5 GHz mediante la marca Wi-Fi5, para lograr mayores velocidades de transferencia. La norma IEEE 802.11 fue diseñada para sustituir a las capas físicas y MAC de la norma IEEE 802.3. Esto quiere decir que en lo único que se diferencia una red Wi-Fi de una red Ethernet, es en la forma como las computadoras y terminales en general acceden a la red; el resto es idéntico. Por tanto una red local inalámbrica 802.11 es completamente compatible con todos los servicios de las redes locales de cable 802.3.

1.1.1 IEEE 802.11

La familia 802.11 contiene los siguientes estándares:

802.11: El estándar original definido para 1 y 2 Mbps a 2.4 GHz. Todos sus sucesores son enmiendas a este estándar.


3|P á g i n a

802.11a: Opera en la banda de los 5 GHz y utiliza modulación OFDM, con una tasa de transferencia máxima de 54 Mbps.

802.11b: Tiene una tasa de transmisión máxima de 11 Mbps, utiliza un método de acceso CSMA/CA, funciona en la banda de 2.4 GHz.

802.11c: Define las operaciones de puenteo para 802.11. Ha sido incluido en el estándar 802.1d como un capítulo relativo a la extensión inalámbrica.

802.11d: Es un complemento del estándar 802.11 que está pensado para permitir el uso internacional de las redes 802.11 locales. Permite que distintos equipos intercambien información en rangos de frecuencia según lo que se permite en el país de origen del dispositivo móvil.

802.11e: Uno de los primeros estándares inalámbricos que permite trabajar en entornos domésticos y empresariales. Añade características QoS y de soporte multimedia.

802.11f: Utiliza el protocolo IAPP (Inter-Access Point Protocol) que permite al usuario cambiarse de un punto de acceso a otro sin importar el fabricante de estos en la infraestructura de la red.

802.11g: Define la modulación ERP-OFDM en 2.4 GHz permitiendo tasas de transferencia de 54 Mbps con retro compatibilidad con el estándar 802.11b.

802.11h: Enmienda para administración de espectro y potencia de transmisión. Añade selección dinámica de frecuencias (DFS) para evitar los radares en la banda de 5 GHz, así como el control de transmisión de potencia (TPC) para el estándar 802.11a.

802.11i: Está dirigido a batir la vulnerabilidad en la seguridad para protocolos de autentificación y de codificación. El estándar abarca los protocolos 802.1x, TKIP (Protocolo de claves Integra-Seguras-Temporales), y AES (Estándar de cifrado avanzado). Se implementa en WPA2.

802.11j: Enmienda especifica de Japón que permite por ejemplo utilizar la banda de 4.9 GHz.

802.11k: Propuesta para definir la administración los recursos de radiofrecuencia. Facilitará el recorrido en un ESS, ayudando a elegir el mejor punto disponible (balance de carga).

802.11l: Reservado y no se utilizara.

802.11m: Es un grupo de tareas en curso encargada del mantenimiento del estándar. Produce revisiones periódicas, aporta aclaraciones y modificaciones.


4|P á g i n a

802.11n: Enmienda para desencadenar altas velocidades, MIMO (Multiple-input Multiple-output), canales de 40 MHz y algunas otras características.

802.11o: Reservado y no se utilizara.

802.11p: Define WAVE (Wireless Access for vehicular Environment) acceso inalámbrico para el medio ambiente vehicular, como las ambulancias u otros vehículos de alta velocidad.

802.11q: No se utiliza para evitar confusión con el estándar 802.1q.

802.11r: Esta enmienda se carga para asegurar el roaming rápido, incluso para vehículos en movimiento. Se supone que tiene una demora de roaming entre 2 BSS bajo los 50 ms.

802.11s: Esta enmienda estandarizará las redes de malla.

802.11t: Reagrupa a las prácticas recomendadas para probar y medir el rendimiento de las redes inalámbricas. También es llamado WPP, o predicción de rendimiento inalámbrico.

802.11u: Propuesta de enmienda para mejorar la interconexión con redes no externas 802.11. La idea es ser capaz de especificar los servicios prestados por un BBS, para permitir el acceso a la BSS dependiendo de la autenticación previa con las otras redes, así como restringir el acceso a la BSS.

802.11v: Proporcionará la posibilidad de configurar a los clientes mientras están conectados a la red.

802.11w: Proporcionara administración protegida de las tramas. Se supone que es un agregado para la gestión 802.11i cubriendo los marcos de la seguridad.

802.11x: No se utiliza porque genera confusión con el estándar 802.1x.

802.11y: Permite la operación en la banda licenciada de 3650 a 37000 MHz que permite usar potencias superiores.

802.11z: DSL permite dos estaciones para comunicarse directamente entre ellas.

802.11ac: se caracteriza por velocidades de transmisión muy superiores de hasta 3.5 Gbps, trabaja en la banda de 5 GHz y es compatible con el estándar “a” y “n”.


5|P á g i n a

1.2 Comunicaciones por Radiofrecuencia Las comunicaciones por radiofrecuencia se caracterizan por el uso de las ondas de radio y el aire como medio de transmisión. A diferencia de lo que ocurre con sus homólogas cableadas, no se requiere una línea de trasmisión de cobre o una fibra óptica, para el establecimiento de la comunicación.

Las ondas de radio son formas de energía electromagnética comúnmente identificadas por las siglas RF por el término de radiofrecuencia. Las emisiones de RF y los fenómenos asociados pueden ser discutidos en términos de energía, radiación o campos. La radiación electromagnética se produce cuando un campo eléctrico y magnético interactúan de forma cíclica a medida que se propagan en el espacio. Estos campos son perpendiculares entre sí y perpendiculares a su vez a la dirección de propagación de la onda electromagnética.

Las redes inalámbricas son flexibles, ya que dentro de la zona de cobertura los nodos se pueden comunicar de manera libre, ya que no son dependientes de un cable, ahorra el tiempo de planeación que se emplea al montar una red cableada, ya que no se toma en cuenta la distribución física de los equipos, la única preocupación es que estos se encuentren en la zona de cobertura.

En comparación a la comunicación por medio de cable, la comunicación inalámbrica ofrece una calidad de servicio menor, así como una tasa de error mayor debido a las interferencias electromagnéticas. Estas redes además requieren de una asignación de banda dentro del espectro radioeléctrico.

1.3 Clasificación de las redes de radiofrecuencia

Las redes de comunicación se clasifican de manera general según su extensión en redes LAN, MAN y WAN, pero además debido a las características de portabilidad de los dispositivos inalámbricos, se tienen las redes PAN o redes de área personal.

1.3.1 WPAN (Red de área personal inalámbrica)

Son redes cubren como máximo distancias de 10 m, normalmente no requiere altas tasas de transferencia de datos, debido a esto tiene bajo consumo de energía haciendo a esta tecnología adecuada para el uso con dispositivos móviles pequeños, que funcionan con baterías.

a) Bluetooth IEEE 802.15.1

Bluetooth está basado en la tecnología clásica del escenario inalámbrico conocida como Spread Spectrum (espectro expandido), en concreto en Frequency Hopping (salto de frecuencia): estos sistemas de salto de frecuencia dividen la banda de frecuencia en varios canales de salto (Hopping); en el transcurso de la conexión se produce una transición brusca (salto o hopping) de un canal a otro de forma pseudo-aleatoria. El chip Bluetooth está formado por un transceptor de radio-frecuencia, una unidad de control de enlace banda-base conjuntamente con el software de gestión y un subsistema de antena; a los equipos que incluyen este chip y verifican las especificaciones Bluetooth se les conoce, como productos “Bluetooth enabled”.


6|P á g i n a

b) IrDA (Infrarrojo)

Los sensores infrarrojos o IrDa Transceptores (Infrared Data Asociation Transmiter Receiver), son dispositivos que tiene la capacidad de transmitir y recibir datos en forma serial sin utilizar cable entre uno y otro, únicamente utilizando la luz infrarroja. Desde 1994, IrDA, define un estándar para la interoperabilidad universal del puerto de datos de transmisión de luz infrarroja.

Esta tecnología provee alta velocidad digital de intercambio, hasta la típica velocidad del puerto serial (9600-115200 bits por segundo) y algunas velocidades compatibles de alta velocidad que van desde 1 hasta los 4 megabits por segundo. Las especificaciones de distancia para conexiones infrarrojas marcan un estándar de intervalo de 0-1 m. Se define también una desviación de 15° del receptor y el transmisor.

Los diodos LED infrarrojos utilizados para la transmisión de los datos se encuentran en el intervalo de 850 a 950 nm. La luz emitida no es dañina para los humanos, pero al tratarse de luz visible se debe contar con circuitos que funcionen como filtros.

c) RFID (Radio Frequency Identification)

RFID es una de las tecnologías de auto identificación.

La tecnología de Identificación por Radiofrecuencia (RFID) es un sistema de auto identificación inalámbrica, el cual consta de etiquetas que almacenan información y lectores que pueden leer a estas etiquetas a distancia utilizando una frecuencia de onda electromagnética para realizar dicha tarea. Estas frecuencias varían según la aplicación y puede ser de 125 Khz, 13.56 Mhz, 433-860-960 MHz, 2,45 GHz y 5.8 Ghz.

Una de las claves de esta tecnología es que la recuperación de la información contenida en la etiqueta se realiza vía radiofrecuencia y sin necesidad de que exista contacto físico o visual (línea de vista) entre el dispositivo lector y las etiquetas, aunque en muchos casos se exige una cierta proximidad de esos elementos.

d) ZigBee

Es una tecnología inalámbrica de corto alcance y bajo consumo, esta tecnología alcanza una tasa de transferencia de 20 a 250 Kbps en un intervalo de 10 a 75 metros, utiliza sensores cuyos transceptores sean de bajo consumo energético.

Está basado en el estándar 802.15.4, ZigBee opera en las bandas libres de 2.4 GHz, 858 MHz para Europa y 915 MHz para Estados Unidos, utiliza un protocolo asíncrono, half dúplex y estandarizado, para permitir la comunicación sin importar el fabricante, tiene una tasa de transferencia de 25-250 Kbps, y tiene una distancia de cobertura de 10 a 75 m.


7|P á g i n a

A pesar de trabajar en la misma banda de frecuencia que Wi-Fi o Bluetooth, su desempeño no se ve afectado debido a que trabaja a una baja tasa de transferencia, ZigBee ocupa el vacío que hay por debajo de Bluetooth.

1.3.2 WLAN (Redes de área local inalámbricas)

Son redes que cubren distancias de los 10 a los 100 m, esta pequeña cobertura permite una menor potencia de transmisión, lo que permite el uso de bandas de frecuencia no licenciada. Los dispositivos que soportan WLANs son los que tienen una plataforma más robusta y abastecimiento de potencia, como lo son las computadoras personales.

a) Wi-Fi IEEE 802.11

El término 802.11 se refiere realmente a una familia de protocolos, incluyendo la especificación original, 802.11, 802.11b, 802.11a, 802.11g y otros. El 802.11 es un estándar inalámbrico que especifica conectividad para estaciones fijas, portátiles y móviles dentro de un área local. El propósito del estándar es proporcionar una conectividad inalámbrica para automatizar la maquinaria y el equipamiento o las estaciones que requieren una rápida implementación. Éstos pueden ser portátiles, montados en vehículos en movimiento dentro de un área local.

El estándar 802.11 se denomina oficialmente Estándar IEEE para especificaciones MAC y PHY de WLAN.

Define los protocolos por aire necesarios para soportar un enlace inalámbrico en un área local. El servicio principal del estándar 802.11 es entregar Unidades MAC de Servicio de Datos (MSDUs) entre dispositivos. En general, una placa de radio, o NIC, y uno o más puntos de acceso proporcionan las funciones del estándar 802.11.

Estándares WIFI de Conexión

A partir del estándar IEEE 802.11 Wi-Fi se fueron desarrollando otros estándares relacionados con Wi-Fi que han ido introduciendo mejoras y solucionando inconvenientes. Los estándares de Wi-Fi relativos a la transmisión de datos son:

• Estándar 802.11: Fue el primero y las velocidades de 1 y 2 Mbps eran muy pequeñas y no permitían implementar aplicaciones empresariales de envergadura, por lo tanto se crearon nuevos grupos de trabajo para crear otros estándares.

• Estándar 802.11a: Permite realizar transmisiones con velocidades máximas de 54 Mbps y opera en una banda de frecuencia superior a los 5 GHz, por lo tanto no es compatible con el estándar 802.11b.

A pesar de ser el "a" es, prácticamente, más nuevo con respecto a 802.11b y 802.11g pues esa banda de frecuencia estaba asignada en muchos países a fuerzas públicas (bomberos, cruz roja, etc). Además con el estándar 802.11a se pueden llegar a utilizar hasta 8 canales no superpuestos.

• Estándar 802.11b: Las conexiones funcionan a una velocidad máxima de 11 Mbps y opera en una banda de 2,4 GHz. Es el más popular pues fue el primero en


8|P á g i n a

imponerse y existe un inventario muy grande de equipos y dispositivos que manejan esta tecnología. Además, al ser compatible con el estándar 802.11g permitió la incorporación de éste último a las redes inalámbricas Wi-Fi ya existentes. Con el estándar 802.11b, sólo se pueden utilizar 3 canales no superpuestos (de los 11 existentes) en la mayoría de los países. En Europa, según los estándares ETSI, se pueden utilizar 4 canales de los 13 existentes.

• Estándar 802.11g: Las conexiones funcionan a una velocidad máxima de 54 Mbps y opera en una banda de 2,4 GHz. El estándar 802.11g fue aprobado a mediados del año 2003 y se popularizó rápidamente por su compatibilidad con el estándar 802.11b. Lo que muchos desconocen es que al mezclar equipos del estándar 802.11b con equipos del estándar 802.11g la velocidad la fija el equipo más lento, o sea que la instalación mixta seguirá funcionando generalmente a velocidades lentas. Respecto de los canales aquí caben las mismas observaciones que para el estándar 802.11b, o sea que con el estándar 802.11g se pueden utilizar 3 canales no superpuestos de los 11 disponibles y en Europa 4 de los 13 canales disponibles. Los canales que generalmente se utilizan con el estándar 802.11g y con el estándar 802.11b son: "1", "6" y "11" y en Europa: "1", "4", "9" y "13".

• Estándar 802.11n: Se está trabajando en él desde el año 2004, El objetivo es elaborar un estándar con velocidades de transmisión superiores a 100 Mbps. La solución utilizada en 802.11n consiste a reducir las ineficiencias, pero sobre todo a aprovechar lo que en principio es una gran desventaja de los sistemas sin hilos: las interferencias provocadas por las reflexiones de la señal en paredes, edificios, etc., que hacen que lleguen diversas copias de la misma señal ligeramente distorsionadas y retrasadas en el receptor. La gran innovación del 802.11n es el uso de más de una antena en cada punto de acceso y en cada terminal, de manera que se puedan aprovechar los "rebotes" y combinarlos para obtener una señal mejor. Al mismo tiempo, se puede enviar más de una señal a la vez (diversas antenas). Combinando ambos efectos, se consigue una transmisión más eficaz y más robusta, y en definitiva, más anchura de lado para el usuario. Esta técnica se llama MIMO (Multiple-input, Multipleo-output).

b) HiperLAN

Es un estándar global para anchos de banda inalámbricos LAN que operan con un intervalo de datos de 54 Mbps en la frecuencia de banda de 5 GHz.

• HiperLAN/1 Similar a 802.11a (5 GHz), el objetivo de HiperLAN era la alta tasa de transferencia, más alta que la 802.11. Este estándar cubre las capas física y MAC como el 802.11. Hay una nueva subcapa llamada Channel Access and Control (CAC). Esta capa maneja las peticiones de acceso a los canales. La aceptación de la petición depende del uso del canal y de la prioridad de la petición. En la capa física se usan modulaciones FSK y GMSK.


9|P á g i n a

Características de HiperLAN: Rango de 50 m. Baja movilidad (1.4 m/s). Soporta tráfico asíncrono y síncrono. Transferencia de datos a 10 Mbps. • HiperLAN/2 La versión 2 fue diseñada como una conexión inalámbrica rápida para muchos tipos de redes. Por ejemplo: red back bone UMTS, red ATM e IP. También funciona como una red doméstica como HiperLAN/1. HiperLAN/2 usa una banda de 5 GHz y una tasa de transferencia de hasta 54 Mbps. Los servicios básicos son transmisión de datos, sonido y video. El estándar cubre las capas física, Data Link Control y convergencia. La capa de convergencia se ocupa de la funcionalidad de la dependencia de servicios entre capas DLC y Red (OSI 3). Las subcapas de convergencia se pueden usar también en la capa física para conectar las redes IP, ATM o UMTS. Esta característica hace HiperLAN/2 disponible para la conexión inalámbrica de varias redes. En la capa física se emplean modulaciones BPSK, QPSK, 16QAM o 64QAM.

1.3.3 WMAN (Redes de área metropolitana inalámbricas)

Ofrecen una gran ventaja sobre los canales que se pueden adquirir a través de un proveedor de servicios ya que este enlace es totalmente gratuito una vez realizada la inversión. Trabaja a una frecuencia de 2.4 GHz, 5.7 GHz y 5.8 GHz, tiene un mantenimiento de bajo costo y una tasa de transferencia de 72 Mbps.

1. Wimax

Wimax responde al estándar IEEE 802.16 promete más alcance, más ancho de banda y más potencia que Wi-Fi, asa como más funcionalidad en términos, especialmente, de calidad de servicio y seguridad. Fue diseñado como alternativa para aplicaciones de operadores de telecomunicaciones, y no de usuarios finales, es adecuada para dar un servicio de acceso fijo; es decir, puede utilizarse como competidor sustituto de la red de acceso fija. El estándar incluye mecanismos de seguridad y QoS.

El estándar 802.16 se finalizó el año 2001 y comprendía las funcionalidades básicas del Wimax. Trabajaba en la banda de los 10 en los 66 GHz, que exigía visibilidad directa para la comunicación. Con canales muy anchos (hasta 28 MHz) y modulaciones eficientes, el estándar permitía capacidades teóricas de hasta 134Mbps.


10|P á g i n a

1.3.4 WWAN (Redes de área extendida inalámbricas)

Se aprovecha de la infraestructura de red de los teléfonos móviles para proporcionar itinerancia de conexión de red inalámbrica. El usuario puede cambiar de un punto de acceso a otro, manteniendo la conexión sin interrupciones.

a) GSM (Grupo especial móvil) Se organiza como una red de células radioeléctricas continuas que proporcionan cobertura completa al área de servicio. Cada célula pertenece a una estación base (BTS) que opera un conjunto de canales de radio diferentes a los usados en las células adyacentes y que se encuentran distribuidas según un plan celular. Un grupo de BTSs se encuentra conectado a un controlador de estaciones base (BSC), encargado de aspectos como el hadover (traspaso del móvil de una célula a otra) o el control de potencias de las BTSs y de los móviles. El BSC se encarga del manejo de toda la red de radio y supone una novedad frente a anteriores sistemas celulares. Una o varias BSCs se conectan a una central de conmutación de móviles (MSC). Este es el corazón de GSM como responsable de la inicialización, enrutamiento, control y finalización de las llamadas, así como la información de la tarifación. Es también la interfaz entre diversas redes GSM o entre una de ellas y las redes públicas de telefonía o datos.

b) GPRS El sistema GPRS (Servicio General de Paquetes por Radio, por sus siglas en inglés) permite el envío y la recepción de información a los celulares dividiendo la información en paquetes, los cuales son transmitidos, reunificados y presentados en la pantalla del teléfono. El GPRS logra esto utilizando la tecnología de ranuras múltiples; la ventaja adicional es que sólo se tiene que pagar por el contenido que se baja de la red y no por todo el tiempo que se está conectado a ella. Por otra parte, al enviarse la información por paquetes de datos se deja disponible el canal de voz.

c) UMTS (3G) Hace referencia a los Servicios Universales de Telecomunicaciones Móviles, su objetivo es facilitar bajo costo de las terminales, lograr compatibilidad con GSM y facilitar el modo dual FDD/TDD, el FDD es usado por licencias, redes públicas que ofrecen el servicio, y la TDD es para aplicaciones interiores, donde la radio base es puesta en lugares cercanos al móvil. Este servicio se basa en capacidades comunes en todos los entornos de usuarios y radioeléctricos de UMTS. Al hacer uso de la capacidad de itinerancia desde su red hacia la de otros operadores UMTS, un abonado particular experimentara un conjunto de sensaciones como si estuviera en su propia red local. Es el sucesor de GSM, y su intención es proveer un estándar para un mundo de telefonía móvil personal, dando calidad equivalente a servicios inalámbricos y acceso a una amplia gama de servicios.


11|P á g i n a

Un requerimiento clave para UMTS es la alta eficiencia espectral para la mezcla de servicios de las diferentes portadoras, en donde la eficiencia espectral se ha propuesto que sea tan buena como la GSM para la baja velocidad de transmisión.

1.4 Tecnologías inalámbricas de capa 2

1.4.1 Bridge o puente de red

La función de un bridge es similar a la de un repetidor, es decir sirve para interconectar segmentos de redes LAN. Todas las tramas recibidas de un segmento se almacenan en un buffer y se revisa si tienen error antes que ellas sean transmitidas. Sin embargo, sólo las tramas libres de errores y que estén direccionadas a estaciones en segmentos diferentes de aquél en el cual han sido recibidas son retransmitidas. Consecuentemente, no todas las transmisiones entre las estaciones conectadas en el mismo segmento de LAN se retransmiten hacia los otros segmentos, y de aquí que no cargan al resto de la red. Un bridge entonces opera en la capa 2, en el contexto del modelo de referencia OSI.

1.4.2 Punto de acceso

El punto de acceso se encarga de ser una puerta de entrada a la red inalámbrica en un lugar específico y para una cobertura de radio determinada, para cualquier dispositivo que solicite acceder, siempre y cuando este configurado y se tengan los permisos necesarios. Los puntos de acceso permiten la conexión de dispositivos inalámbricos a la WLAN, como lo son Netbook’s, Laptop’s, PDA Notebook e inclusive otros puntos de acceso para ampliar el área de cobertura. Cuentan con soporte para redes basadas en cableado de cobre, tienen un puerto RJ45 que le permite conectarse con un switch inalámbrico y formar grandes redes entre dispositivos inalámbricos y aquellos que usan cableado. Estos dispositivos cuentan con un alcance máximo de cobertura, esto dependiendo del modelo, siendo una unidad de medida el radio de alcance puede estar entre 30 m hasta más de 100 m. Cuentan con una antena externa para la emisión y recepción de ondas electromagnéticas. Permite evaluar la información, realizando actividades de limpieza, seguridad y filtro con la información. El punto de acceso tiene tres tipos de acceso: • Modo Root: En este modo múltiples usuarios acceden al punto de acceso al

mismo tiempo. • Modo Repeater: Este modo se utiliza cuando se quiere extender una señal más

allá de los límites actuales.


12|P á g i n a

• Modo Bridge: Se hace un puente inalámbrico entre dispositivos.

Los puntos de acceso permiten itinerancia, ya que disponen de un algoritmo de decisión cuando una estación debe desconectarse de un punto de acceso y conectarse a otro.

1.4.3 Hotspot

Un hotspot ("punto caliente") es una zona de cobertura Wi-Fi, en la que un dispositivo llamado punto de acceso transmite una señal inalámbrica que permite a los equipos móviles el acceso a Internet.

Estos hotspots se encuentran en lugares públicos, como aeropuertos, bibliotecas, centros de convenciones, cafeterías, hoteles, etcétera. Este servicio permite mantenerse conectado a Internet en lugares públicos.

1.4.4 Switch inalámbrico

La función principal del switch inalámbrico es unir varias redes entre sí sin examinar la información, lo cual permite trabajar de manera rápida, ya que solo evalúa la dirección destino, actualmente se combinan con la tecnología router para actuar como filtros y así evitar el paso de tramas dañadas.

Estos switch se encargan de solamente determinar el destino de los datos, cuentan con conector RJ45 para conexiones ADSL utilizada para recibir y distribuir conexiones de internet de banda ancha, cuenta con una antena para recibir y enviar señales de manera más eficiente e interconecta las redes por medio de ondas de radio de distintas frecuencias.

Los estándares más comunes con los que trabaja el switch inalámbrico son, IEEE 803.3, IEEE 802.3u, IEEE 802.11b e IEEE 802.11g.

1.4.5 Router inalámbrico

Un router inalámbrico comparte el mismo principio que un router Tradicional. La diferencia es que permite la conexión de dispositivos inalámbricos (como estaciones Wi-Fi) a las redes a las que el router está conectado mediante conexiones por cable (generalmente Ethernet).


13|P á g i n a

Capítulo 2. Antenas


14|P á g i n a

Capítulo 2. Antenas 2.1 Definición de antena Las Antenas son las partes de los sistemas de telecomunicación específicamente diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas. También se pueden definir como los dispositivos que adaptan las ondas guiadas, que se transmiten por conductores o guías, a las ondas que se propagan en el espacio libre. Los sistemas de Comunicaciones utilizan antenas para realizar enlaces punto a punto, difundir señales de televisión o radio, o bien transmitir o recibir señales en equipos portátiles.

Una buena antena transfiere la potencia en forma eficiente de tal manera que dicha transferencia depende de la correcta alineación de la antena (polarización) y de la concordancia apropiada de la impedancia y para lograr una correspondencia de la impedancia se debe hacer coincidir en forma eléctrica la línea de transmisión (acoplamiento) hacia la antena; esto significa que la línea de transmisión transfiere toda la potencia hacia la antena y no irradia la energía misma.

Todas las antenas tienen un patrón de radiación, muy relacionada con el patrón de radiación está la polarización de la antena; las antenas pueden ser agrupadas en sistemas para lograr el patrón deseado y estos sistemas pueden entonces ser dirigidos electrónicamente; debido al diseño de baja potencia de las WLANs, todas las antenas usadas son pasivas. Tabla 2.1 Tipos de Antenas

Omnidireccionales Direccionales

Tipo Aplicación Tipo Aplicación

Dipolo Interiores Parche Interiores

Montaje en Mástil Interiores/Exteriores Yagi Exteriores P2P/P2MP

Montaje en Techo Interiores Parabólica Exteriores P2P/P2MP

Plano de Tierra Interiores Montaje en Mástil Interiores/ Exteriores

2.2 Ecuaciones de Maxwell Si se acepta la convención tradicional de escribir los campos a determinar del lado izquierdo de las ecuaciones y las fuentes especificadas en el lado derecho, entonces la manera apropiada de escribir las cuatro ecuaciones de Maxwell de la electrodinámica en el espacio tridimensional con el Sistema Internacional de Unidades es la siguiente:

Ley de Gauss en electricidad: El flujo del vector desplazamiento a través de una superficie cerrada es numéricamente igual a la carga libre encerrada

∇ ∙ 𝐸 = !!!

(2.1)


15|P á g i n a

Ley de inducción de Faraday: Todo campo magnético que varía con el tiempo inducirá un campo eléctrico.

∇×𝐸 + !!!"= 0 (2.2)

Ley de Gauss del magnetismo: El flujo de campo magnético a través de cualquier superficie cerrada es nulo.

∇ ∙ 𝐵 = 0 (2.3)

Ley de Ámpere-Maxwell: La electricidad produce magnetismo

∇×𝐵 − !!!

!!!"= 𝜇!𝐽 . (2.4)

Donde 𝜇!𝜀! = 1/𝑐!; 𝐸 es el campo eléctrico; 𝐵 es el campo magnético; 𝜌 es la densidad de carga; y 𝐽 es la densidad de corriente. Las ecuaciones 2.2 y 2.3 son homogéneas (porque tienen fuente igual a 0), y la I y IV son no homogéneas (porque tienen fuente no cero). Las ecuaciones anteriores son un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales y acopladas en los campos eléctrico y magnético.

En el caso importante de la electrostática y magnetostática, los campos y fuentes

son independientes del tiempo (!!!"= 0 y !!

!"= 0), y dependen solo de las

coordenadas espaciales.

Por lo tanto, el sistema I-IV se transforma en el sistema estático de la siguiente manera:

∇ ∙ 𝐸 = !!!

(2.5)

∇×𝐸 = 0 (2.6)

∇ ∙ 𝐵 = 0 (2.7)

∇×𝐵 = 𝜇!𝐽 (2.8)

2.3 Parámetros de antenas Las antenas se caracterizan por una serie de parámetros descritos a continuación:


16|P á g i n a

2.3.1 Densidad de potencia radiada

La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie en una determinada dirección. Las unidades son watts por metro cuadrado. Se puede calcular a partir de los valores eficaces de los campos como:

𝑃 𝜃,𝜑 = 𝑅𝑒(𝐸𝑥𝐻∗) (2.9)

La relación entre el modulo del campo eléctrico y el campo magnético es la impedancia característica del medio.

𝜂 = !!

(2.10)

Por lo tanto la potencia total radiada se puede obtener como la integral de la densidad de potencia de una esfera que encierra la antena.

𝑊! = 𝑃 𝜃,𝜑 ∗ 𝑑𝑠 (2.11)

La cantidad usada para describir la potencia asociada con la onda electromagnética es el vector de Poynting instantáneo, que se define como:

𝑊 = 𝐸 ∗ 𝐻 (2.12)

𝑊 = !!! Vector instantáneo de Poynting.

𝐸 = !!

Intensidad del campo eléctrico instantáneo.

𝐻 = !!

Intensidad del campo magnético instantáneo.

Dado que el vector de Poynting es una densidad de potencia, la potencia total que cruza una superficie cerrada puede ser obtenida integrando la componente normal del vector de Poynting sobre toda la superficie. La ecuación tiene la forma:

𝑃 = 𝑊 ∗ 𝑑𝑠! (2.13)

La potencia radiada es una cantidad compleja, la parte real es la potencia radiativa (𝑃!"#) y la parte real es la potencia reactiva (𝑃!). La potencia radiativa se transfiere a un medio y la reactiva no.


17|P á g i n a

Figura2.1Camposdelaantenaenbasealaspotenciasradiadas

En el campo cercano la mayor parte de la potencia es reactiva y no hay transferencia al medio, en el campo lejano la potencia es radiativa y se puede transmitir al medio.

2.3.2 Ganancia

La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección y la densidad de potencia radiada por una antena isotrópica, a igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.

𝐺 𝜃,𝜑 = ! !,!!!!!!!

(2.14)

2.3.3 Directividad

Es la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia, y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica, a igualdad de potencia total radiada.

𝐷 𝜃,𝜑 = ! !,!!!!!!!

(2.15)

Si no se especifica la dirección angular, se sobreentiende que la directividad se refiere a la dirección de máxima radiación.

𝐷 = !!"#!!!!!!

(2.16)

Se puede obtener a partir del diagrama de radiación de la antena.


18|P á g i n a

𝐷 = !!!"! !,! !"# (!)!"!#

!!!!

(2.17)

Simplificando tenemos.

𝐷 = !!! !,!!!"#

!"# ! !"!#= !!

!! (2.18)

Donde Ω! es el ángulo sólido equivalente.

2.3.4 Patrón de radiación

Los patrones o diagramas de radiación definen la representación gráfica de la distribución de la intensidad de energía relativa en el espacio a través del campo radiado en varias direcciones desde la antena o arreglo de antenas y se obtiene al graficar 𝐸!!(campo eléctrico lejano) a una distancia constante.

𝐸!! = 𝐸! 𝐹(!,∅) (2.19)

El patrón de radiación es también de recepción, porque describe las propiedades de recepción de la antena, es tridimensional pero generalmente las mediciones de los mismos son una porción bidimensional del patrón, en el plano horizontal o vertical y sus mediciones pueden ser representadas en coordenadas rectangulares o coordenadas esféricas.

Figura 2.2 Representación de un patrón de radiación en un sistema de coordenadas


19|P á g i n a

2.3.5 Polarización

La polarización es una indicación de la orientación del vector de campo en un punto fijo del espacio al transcurrir el tiempo.

La polarización de una antena en una dirección es la de la onda radiada por ella en esa dirección. La polarización de una onda es la figura geométrica descrita, al transcurrir el tiempo, por el extremo del vector campo eléctrico en un punto fijo del espacio en el plano perpendicular a la dirección de propagación. Para ondas con variación temporal sinusoidal esa figura es en general una elipse, pero hay dos casos particulares de interés: si la figura trazada es un segmento, la onda se denomina linealmente polarizada y si es un círculo, circularmente polarizada.

El sentido de giro del campo eléctrico, tanto en las ondas circularmente polarizadas como en las elípticas, se dice que es a derechas si sigue el convenio de avance en la dirección de propagación, o bien si al alejarse la onda de un observador, éste ve rotar el campo en el sentido de las agujas de un reloj, y a izquierdas si es el sentido contrario.

Figura 2.3 Tipos de polarización de una antena

a)Polarización lineal, b) polarización circular y c) polarización elíptica


20|P á g i n a

2.3.6 Propagación en el ambiente

Ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas pueden propagarse por el espacio libre, se propagan a una velocidad de 3𝑥10! 𝑚/𝑠 que es la velocidad de la luz, a la atmosfera generalmente se le llama espacio libre, aunque algunas características de esta provocan que no se considere espacio libre hablando estrictamente.

Las ondas electromagnéticas se pueden propagar dentro y fuera de la atmósfera, cuando se propagan dentro de la atmósfera se les puede llamar ondas terrestres u ondas espaciales, este tipo de clasificación depende de las bandas de frecuencia que se están utilizando.

Las ondas de radiofrecuencia se desplazan en el espacio libre como una línea recta. Las ondas a través del llamado espacio libre sufren cambios de amplitud, fase y cambios en la polarización, estos cambios pueden ser provocados por el clima, el lugar de la estación terrena y por los obstáculos físicos que la señal tiene que atravesar.

Todo sistema de telecomunicación se debe diseñar para que el receptor obtenga una relación señal a ruido mínima, que garantice su funcionamiento.

Los llamados fenómenos o mecanismos de propagación son la refracción, la reflexión, difracción y dispersión, estos dan lugar a las trayectorias adicionales de propagación que están más allá de la trayectoria entre satélite y receptor.

Cuando las ondas de radio se propagan por el aire, la atmósfera produce efectos sobre las ondas que la atraviesan. La capa de aire está compuesta de Nitrógeno y Oxigeno en grandes proporciones, junto a otros gases en cantidades más pequeñas.

Estos compuestos se encuentran hasta una altitud de 100 Km, pero la densidad disminuye notablemente y en la alta atmósfera solamente se encuentra Nitrógeno y Helio.

El suelo, la troposfera y la ionosfera son los responsables de que el modelo ideal de propagación en el espacio libre, descrito por la ecuación de Friis, no sea correcto en la mayoría de los casos reales.

La concentración no uniforme de gases en la troposfera, que típicamente es mayor a menor altura, produce una curvatura de los rayos al cambiar el índice de refracción del medio con la altura. Por otra parte en las bandas de microondas se produce una atenuación adicional en las moléculas de los gases que constituyen la atmósfera. Además el agua en forma de vapor de agua, o de hidrometeoros como lluvia, niebla y nieve, produce atenuaciones adicionales en la propagación y cierta despolarización.

La presencia de la ionosfera, refleja las ondas de frecuencias bajas (VLF y LF), refracta a frecuencias de MF y HF, y despolariza la onda en las bandas VHF y UHF.


21|P á g i n a

2.4 Tipos de antenas

En una antena, la potencia dependerá de los dBi con que cuenta, eso es una unidad para medir la ganancia de una antena en referencia a una antena isótropa teórica. El valor en dBi corresponde a la ganancia de una antena ideal (teórica) que irradia la potencia recibida de un dispositivo al que está conectado, y al cual también transmite las señales recibidas desde el espacio, sin considerar ni pérdidas ni ganancias externas o adicionales de potencias.

2.4.1 Antena Yagi

La antena Yagi básica consiste en un cierto número de elementos rectos que miden cada uno aproximadamente la mitad de la longitud de onda. El elemento excitado o activo de una Yagi es el equivalente a una antena dipolo de media onda con alimentación central. En paralelo al elemento activo, y a una distancia que va de 0,2 a 0,5 longitudes de onda en cada lado, hay varillas rectas o alambres llamados reflectores y directores, o simplemente elementos pasivos. Un reflector se ubica detrás del elemento activo y es ligeramente más largo que media longitud de onda; un director se coloca en frente del elemento activo y es ligeramente más corto que media longitud de onda. Una Yagi típica tiene un reflector y uno o más directores. La antena propaga la energía del campo electromagnético en la dirección que va desde el elemento activo hacia los directores, y es más sensible a la energía electromagnética entrante en esta misma dirección. Cuantos más directores tiene una Yagi, mayor la ganancia. Cuantos más directores se agreguen a una Yagi, la misma va a ser más larga.

Figura 2. 4 Patrón de radiación para una antena Yagi-Uda de tres elementos.

Las principales características de las antenas de Yagi-Uda son las siguientes:

• Ganancia relativa al dipolo en λ/2 entre 5 dB y 18 dB. Esta ganancia, expresada en dB, es del orden de magnitud del número de elementos, hasta un máximo de 20.

• Relación delante-atrás entre 5 dB y 15 dB. Este parámetro suele mejorarse con ayuda de un reflector diédrico.

• Nivel de lóbulo principal a secundario bajo, entre 5 y 10 dB. Sin embargo, este parámetro no es crítico en las aplicaciones más habituales de estas antenas.

• Impedancia de entrada de unos 300 Ω, debido a la utilización de un dipolo doblado como elemento activo, por lo que es necesario el uso de acopladores de impedancia para poder conectarlas a cables coaxiales de 50 y 75 Ω.


22|P á g i n a

2.4.2 Antenas de parche

Las antenas impresas (microstrip antennas) consisten en un parche metálico dispuesto sobre un sustrato dieléctrico colocado encima de un plano metálico. El parche es habitualmente de forma rectangular o circular y de dimensiones del orden de media longitud de onda.

Sus principales limitaciones son su reducido ancho de banda, por tratarse de una estructura resonante, y su baja eficiencia, puesto que la energía acumulada en la cavidad formada entre el parche y el plano de tierra solo una pequeña porción es radiada al espacio.

Figura 2.5 Antena de parche o microcinta

.

2.4.3 Antena parabólica

Este tipo de antena es utilizada para establecer enlaces unto a punto o para establecer una conexión con un nodo. Se caracteriza por su alta ganancia, que va desde 15 dBi hasta modelos superiores de 24 dBi. En este tipo de antena cuanta más alta es la ganancia, más alta es su direccionalidad, ya que se reduce el ángulo en el que irradian la señal.

La geometría de un reflector parabólico se caracteriza por un corte que comprende al eje, cuya forma es una parábola: curva que equidista de un punto (foco) y una recta (generatriz).


23|P á g i n a

Figura 2.6 Geometría de un reflector parabólica.

La finalidad de un reflector parabólico es la de concentrar la potencia radiada por el alimentador en una determinada dirección del espacio con un diagrama que cumple unas especificaciones determinadas, habitualmente de directividad, nivel de lóbulos secundarios y polarización cruzada.

2.4.4 Antena monopolo.

Se usan a bajas frecuencias, son antenas de hilo situadas verticalmente sobre la tierra y conectadas en su base a un generador, que tiene el otro terminal conectado a tierra. El modelo equivalente formado por el monopolo y su imagen, que serán los de un dipolo de brazo igual a la longitud del monopolo.

Figura 2.7 Diagrama monopolo

Los campos en el semiespacio superior son los mismos para el monopolo que para el dipolo, pero dado que el monopolo solo radia en un semiespacio, su directividad será el doble que la del dipolo equivalente. La potencia entregada por el monopolo a una carga adaptada será la mitad de la del dipolo, por lo que su área efectiva es la mitad.


24|P á g i n a

2.4.5 Antenas omnidireccionales

Antena Rubber Ducky 2.2 dBi.

Es un pequeño dipolo omnidireccional cubierto de caucho, y es la antena por defecto para la mayoría de puntos de acceso de redes inalámbricas o routers. La mayoría de las antenas Rubber Ducky que se utilizan para los puntos de acceso inalámbricos y enrutadores tienen una ganancia de entre 2 dBi y 2.2 dBi.

La antena es un conductor eléctrico recto, este tipo de antena es bipolar estándar, y pueden ser orientadas de manera vertical, horizontal o con alguna inclinación.

Figura2.8 Antena Rubber Ducky

2.4.6 Antenas direccionales

Antena de parche

Esta antena proporciona una cobertura excelente con un patrón de radiación amplio, la antena de parche de 6 dBi es común para aplicaciones que necesitan un área de cobertura amplia. Si el área de cobertura es ligeramente más limitada se puede usar la antena de parche de 8 dBi que proporciona ganancia y distancia adicionales.

Figura2.9 Antena de parche

Esta antena es excelente para aplicaciones en interiores y exteriores.


25|P á g i n a

Antena Yagi 13.5 dBi

Es una antena direccional de alta ganancia, esta antena está construida con al menos tres elementos, que son barras de metal que suplementan la energía de onda transmitida. En una antena Yagi hay al menos un elemento conductivo, un elemento reflector y uno o más elementos directores.

Estas antenas son direccionales y diseñadas para comunicaciones de larga distancia, es excelente para aplicaciones en exteriores y algunas en interiores, proporciona 13.5 dBi de ganancia y ofrece un rango de hasta 10 Km a 2 Mbps, y 3.2 Km a 11 Mbps.

Figura2.10 Antena Yagi. Antena parabólica 21 dBi

Permite a las WLANs trabajar a largas distancias, tienen un ancho de rayo angosto, y dependiendo de la velocidad y de la ganancia de la antena usada, pueden ser posibles distancias de hasta 40 Km. Se debe evaluar bien si el plato de la antena soportara las condiciones del frio y los vientos.

Figura2.11 Antena parabólica.


26|P á g i n a

Capítulo 3. IEEE 802.11


27|P á g i n a

Capítulo 3. IEEE 802.11 El estándar 802.11 define las dos capas más bajas del modelo de referencia OSI, sin embargo, presenta diferencias en cuanto a su estructura. Para poder implementar sistemas en los que se permitiera la corrección de errores y control de flujo de datos al mismo tiempo, la IEEE definió un protocolo que pueda operar sobre toda la pila de protocolos 802. A dicho protocolo se le denominó LLC (control lógico de enlace) o IEEE 802.2, el cual constituye la parte superior de la capa de enlace de datos y la subcapa MAC (Media Access Control) la parte inferior.

Figura 3.1 Modelo de referencia IEEE 802.11.

La subcapa PLCP tiene como misión básica la aplicación de un procedimiento de convergencia que permite convertir MPDUs (Unidad de datos de protocolo de la capa MAC) en PPDUs y viceversa. Durante la transmisión, a la MPDU se le adicionara el preámbulo y una cabecera para crear la PPDU. En el receptor, se procesaran el preámbulo y la cabecera y se extraerá la MPDU.

Define un método para mapear las unidades de datos de protocolo MAC (MPDU) en un formato de trama compatible para enviar y recibir los datos de usuarios y la información de administración entre dos o más estaciones usando la subcapa PMD.

La subcapa dependiente del medio físico (PMD): define las características de los datos de usuario y el método de transmitirlos y recibirlos a través de un medio inalámbrico entre dos o más estaciones.

3.1Estructura de la trama IEEE 802.11

IEEE 802.11 define tres tipos de tramas: datos, control y administración. El tipo de trama a enviar se especifica en el campo Control de Trama.


28|P á g i n a

Figura 3. 2 . Formato de la trama IEEE 802.11.

En la trama de datos, el campo de control de trama consta de 11 subcampos. El campo duración, indica cuanto tiempo ocupará el canal la longitud de la trama, y su confirmación de recepción, lo cual se mide en microsegundos. Está presente en todos los tipos de tramas, incluyendo las tramas de control.

Las tramas de datos que se envían hacia un punto de acceso o se reciben de este tienen tres direcciones, todas en formato estándar IEEE 802. La primera dirección es el receptor, la segunda es el transmisor, y las otras dos direcciones indican a los puntos de acceso intermedios, si es que existen.

El campo secuencia enumera las tramas de manera que se puedan detectar tramas duplicadas. El campo datos contiene la carga útil. Los primeros bytes de esta carga útil están en un formato conocido como LLC (control de enlace lógico). Como ya se mencionó, esta capa es la unión que identifica al protocolo de capa superior (protocolo IP por ejemplo) al que deben pasar las cargas útiles.

Las tramas de administración tienen el mismo formato que las tramas de datos, además de un formato para la parte de los datos que varían con el subtipo.

Las tramas de control son cortas. Al igual que todas las tramas, tienen los campos control de trama, duración y secuencia de verificación. Sin embargo pueden tener una sola dirección y ninguna porción de datos.

3.2Capa física IEEE 802.11

La capa física tiene como finalidad transportar correctamente la señal correspondiente a 0 y 1 de los datos que el transmisor desea enviar al receptor. Esta capa se encarga principalmente de la modulación y codificación de los datos.

3.2.1 Técnicas de modulación Un aspecto importante en la transferencia de datos es la técnica de modulación elegida. A medida que los datos se codifican más eficientemente, se logran tasas de transferencia o flujos de bits mayores dentro del mismo ancho de banda, pero se requiere de hardware más sofisticado para manejar la modulación y la demodulación de los datos.

FHSS (Espectro disperso con salto de frecuencia)

Su principio de funcionamiento es transmitir sobre una frecuencia por un tiempo determinado, después aleatoriamente saltar a otra.


29|P á g i n a

El transmisor envía al receptor señales de sincronización que contienen la secuencia y duración de los saltos. El estándar 802.11 utiliza la banda de frecuencia (ISM) que va de los 2.4 hasta los 2.4835 GHz, la cual está dividida en 79 canales de 1 MHz y el salto se hace cada 300 a 400 ms. Los saltos se hacen alrededor de una frecuencia central correspondiente a uno de los 14 canales definidos.

En el espectro disperso por salto de frecuencia el ancho de banda del canal disponible se subdivide en un gran número de franjas de frecuencia no solapadas. En el intervalo de señalización la señal transmitida ocupa una o más franjas de frecuencia disponibles, la selección de la franja en cada intervalo de señal se realiza pseudo-aleatoriamente.

Es una técnica de espectro expandido implica un cambio periódico de la frecuencia de transmisión. La agilidad de la frecuencia consiste en la capacidad de una radio para cambiar la frecuencia de transmisión rápidamente, dentro del espectro RF utilizable. Un salto de frecuencia de la señal puede ser considerado como una secuencia de ráfagas de datos modulados con variación de tiempo, frecuencia portadora pseudo-aleatoria. El conjunto de posibles frecuencias portadoras se llaman hopset. El salto de frecuencia ocurre sobre una banda de frecuencia que tiene un número determinado de canales. Cada canal se define como una región espectral con una frecuencia central en el hopset y un ancho de banda lo suficientemente grande como para incluir la mayor parte de la potencia en una ráfaga de modulación de banda estrecha (por lo general FSK) la cual tiene la frecuencia portadora correspondiente.

El ancho de banda de un canal usado en el hopset se llama ancho de banda instantáneo. El ancho de banda del espectro sobre la que se produce el salto se llama ancho de banda total de salto. Los datos son enviados por el salto de la portadora del transmisor a los canales aparentemente aleatorios que son conocidos solo por el portador deseado. En cada canal pequeñas ráfagas de datos son enviados mediante la modulación de banda estrecha convencional antes de que el transmisor salte de nuevo.

El transmisor utiliza una pequeña cantidad de tiempo, denominado tiempo de salto, para desplazarse a la siguiente frecuencia, esto proporciona también algo de seguridad, ya que un intruso que no sepa la secuencia de saltos no podrá espiar las transmisiones.

Si una única frecuencia portadora (un único canal) es utilizada para en cada salto, la modulación digital de datos se llama modulación de canal. La duración de tiempo entre saltos es llamada duración de salto o periodo de salto y se denota como 𝑇!. El ancho de banda de salto total y el ancho de banda instantáneo se denotan por 𝑊!! y


30|P á g i n a

𝐵, respectivamente. La ganancia del procesamiento=𝑊!!/𝐵 para sistemas de salto de frecuencia.

El salto de frecuencia puede ser clasificado como rápido o lento. El salto de frecuencia rápido se produce si hay más de un salto de frecuencia durante cada símbolo transmitido. Por lo tanto, el salto de frecuencia rápido implica que la tasa de salto es igual o superior a la tasa de símbolos de información. El salto de frecuencia lento se produce si uno o más símbolos se transmiten en el intervalo de tiempo entre frecuencias de salto.

Cuando la lista de frecuencias se ha atravesado completamente, el transmisor comenzará nuevamente y repetirá la secuencia.

El receptor se sincroniza según la secuencia de salto de la radio transmisora para permitir al receptor estar en la frecuencia correcta en el momento correcto.

En los sistemas FHSS se usa en su mayoría una modulación BFSK. Si dos usuarios no usan de manera simultánea la misma banda de frecuencia, la probabilidad de error para BFSK puede ser dada por:

𝑃! =!!𝑒 ! !!

!!! (3.1)

𝐸! = Energía de bit.

𝑁! = Densidad espectral de potencia por ruido.

Si dos usuarios transmiten simultáneamente en la misma banda de frecuencia, se produce una colisión en este caso es razonable suponer que la probabilidad de error es de 0.5. Por lo tanto la probabilidad global de error de bit puede ser modulada como:

𝑃! =!!𝑒 ! !!

!!! 1− 𝜌! + !!𝜌! (3.2)

Si hay 𝑀 posibles canales de salto (llamados slots), hay una probabilidad de 1/𝑀 de que una fuente de interferencia estará presente en el slot del usuario deseado. Si hay 𝐾 − 1 usuarios interferentes, la probabilidad de que al menos uno esté presente en el slot de frecuencia deseado es:

𝜌! = 1− 1− !!

!!!≈ !!!

! (3.3)

Asumiendo que 𝑀 es largo, sustituyendo en la probabilidad de error de bit tenemos:

𝑃! =!!𝑒 ! !!

!!! 1− !!!!

+ !!

!!!!

(3.4)

Considerando los casos especiales de que 𝐾 = 1, la probabilidad de error se reduce en la ecuación del error estándar de BFSK y si además !!

!! tiende a infinito tenemos:


31|P á g i n a

lim!!!!→!

𝜌! = !!

!!!!

(3.5)

Esta ecuación ilustra la tasa de error irreducible debido a la interferencia de acceso múltiple.

Este análisis supone que todos los usuarios saltan sus frecuencias portadoras de manera síncrona. Esto se llama salto de frecuencia por ranura. Esto podría no ser un escenario realista para los sistemas FHSS. Incluso cuando la sincronía se puede lograr entre los relojes de usuarios individuales, señales de radio no llegarán de manera asíncrona a cada usuario, debido a los retardos de propagación. La probabilidad de éxito en el caso asíncrono es:

𝜌! = 1− 1− !!1+ !

!!

!!! (3.6)

𝑁! = Número de bits por salto.

Comparando esta ecuación con la del caso síncrono podemos observar que para el caso asíncrono, se incrementa la probabilidad de éxito. La probabilidad de error total para el caso asíncrono en FHSS es:

𝑃! =!!𝑒 ! !!

!!! 1− !!1+ !

!!

!!!+ !

!1− 1− !

!1+ !

!!

!!! (3.7)

Debido a que las señales no usan generalmente la misma frecuencia al mismo tiempo, los niveles de potencia no son tan críticos como en DSSS. Habrá una señal más fuerte causando interferencia dentro de las señales más débiles debido a la imperfecta filtración de los canales adyacentes. Para combatir colisiones ocasionales, se requiere utilizar codificación de corrección de errores en todas las transmisiones.

Figura3.3Saltodefrecuencia

El emisor cambia de canal continuamente. Cuando el canal coincide con una interferencia, la señal no se recibe y la trama se envía nuevamente en el siguiente salto.


32|P á g i n a

DSSS (Espectro disperso de secuencia directa)

El DSSS implica que para cada bit de datos, una secuencia de bits (llamada secuencia pseudoaleatoria) debe ser transmitida. Cada bit correspondiente a un 1 es substituido por una secuencia de bits específica y el bit igual a 0 es substituido por su complemento. El estándar de la capa física 802.11 define una secuencia de 11 bits (10110111000) para representar a un 1, y su complemento (01001000111) para representar un 0. En DSSS, en lugar de esparcir los datos en distintas frecuencias, cada bit se codifica en una secuencia de impulsos más cortos, llamados chips. De manera que los 11 chips en que está dividido cada bit original ocupan el mismo intervalo de tiempo.

En esta modulación cada transmisor modifica los datos con bits adicionales (un mínimo de 10) y sólo el que conoce el algoritmo de estos bits adicionales puede descifrar los datos.

Se basa en una secuencia pseudo-aleatoria llamada secuencia de dispersión donde a cada bit de la secuencia se le llama “chip”, la tasa de bits de transmisión se denomina “tasa de chips” y el número de bits de la secuencia son el factor de dispersión.

Figura 3.4 Secuencia directa.

El canal es muy ancho: la señal contiene mucha información redundante. Aunque haya interferencia el receptor probablemente puede extraer los datos de la señal.


33|P á g i n a

La señal del espectro expandido recibida por un solo usuario se puede representar como:

𝑆!! 𝑡 =2𝐸!𝑇!

𝑚 𝑡 𝑝 𝑡 cos 2𝜋𝑓!𝑡 + 𝜃

Donde 𝐸! es la energía de símbolo, 𝑚(𝑡) es la secuencia de datos, 𝑝(𝑡) es la secuencia de ensanchamiento PN, 𝑓!es la frecuencia de la portadora, y 𝜃 es el ángulo de fase de la portadora en 𝑡 = 0. La forma de onda de los datos es una secuencia de los pulsos rectangulares no superpuestos, cada uno de los cuales tiene una amplitud de +1 o -1.

Cada símbolo en 𝑚(𝑡) representa un símbolo de dato y tiene una duración 𝑇!. Cada pulso en 𝑝(𝑡) representa un chip, usualmente es rectangular en una amplitud igual a +1 o -1, y tiene una duración 𝑇!. Las transiciones de los símbolos de datos y chip coinciden tal que la relación 𝑇! a 𝑇! es un número entero. Si 𝑊!!es el ancho de banda de 𝑆!!(𝑡) y 𝐵 es el ancho de banda de 𝑚 𝑡 cos 2𝜋𝑓!𝑡 , la difusión debido a 𝑝(𝑡) da 𝑊!! ≫ 𝐵.

Asumiendo que la sincronía del código se ha logrado en el receptor, la señal recibida pasa a través del filtro de banda ancha y se multiplica por una réplica de PN secuencia de código 𝑝(𝑡). Si 𝑝 𝑡 = ±1, entonces 𝑝! 𝑡 = 1, y de esta multiplicación se obtiene la señal expandida 𝑠(𝑡) dada por:

𝑠! 𝑡 =2𝐸!𝑇!

𝑚 𝑡 cos 2𝜋𝑓!𝑡 + 𝜃

En la entrada del demodulador. Debido a que 𝑠!(𝑡) tiene la forma de la señal BPSK, la demodulación correspondiente extrae 𝑚(𝑡).

Figura3.5 Espectro de la señal recibida deseada con interferencia


34|P á g i n a

a) banda ancha de salida del filtro y b) salida del correlacionador después del desensanchamiento.

La figura anterior muestra el espectro recibido de la señal deseada y la interferencia en la salida del receptor de banda ancha del filtro. La multiplicación por la forma de onda de propagación producen los espectros de la Figura 4b de la entrada del demodulador.

El ancho de banda de la señal se reduce a 𝐵, mientras que la energía de interferencia se extiende sobre el ancho de banda superior 𝑊!!. La acción de filtrado del demodulador elimina la mayor parte del espectro de interferencia que no se solapa con el espectro de la señal. Por lo tanto, la mayor parte de la energía original de la interferencia se elimina y no afecta el rendimiento del receptor. Una medida aproximada de la capacidad de rechazo viene dada por la relación 𝑊!!/𝐵, que es igual a la ganancia de procesamiento definida como:

𝑃! =𝑇!𝑇!=𝑅!𝑅!=𝑊!!2𝑅!

Cuanto mayor es la ganancia de procesamiento del sistema, mayor será su capacidad para suprimir la interferencia de banda.

Figura 3.6 Ancho de banda utilizado para DSSS en la banda de 2.4 GHz

OFDM

Es una técnica de modulación basada en la idea de un multiplexaje de división de frecuencia (FDM). FDM, que se utiliza en radio y TV, se basa en el concepto de enviar múltiples señales simultáneamente pero en diversas frecuencias. En OFDM, un solo transmisor transmite en muchas (de docenas de millares) frecuencias ortogonales. El término ortogonal hace referencia al establecimiento de una relación


35|P á g i n a

de fase específica entre las distintas frecuencias para optimizar las interferencias entre ellas.

Una señal OFDM es la suma de un número de subportadoras ortogonales, donde cada subportadora se modula independientemente usando QAM (modulación de fase y amplitud) o PSK (modulación de fase).

3.2.2 Frecuencia Los estándares 802.11b y 802.11g usan la banda de los 2.4 GHz ISM (Industrial, científica y médica) definida por la UIT. Los límites exactos de esta banda dependen de las regulaciones de cada país, pero el intervalo más comúnmente utilizado es el de 2.4 a 2.483 MHz.

El estándar 802.11a usa la banda de los 5 GHz UNII (Unlicensed-National Information Infrastructure) cubriendo 5.15-5.35 GHz y 5.725-5.825 GHz en E.U. En otros países la banda permitida varía, aunque la UIT ha instado a todos los países para que vayan autorizando la utilización de todas estas gamas de frecuencia para redes inalámbricas.

La banda sin licencia de los 2.4 GHz se ha vuelto muy ruidosa en zonas urbanas, debido a la alta penetración de las WLAN y otros dispositivos que utilizan el mismo rango de frecuencia, como por ejemplo hornos de microondas, teléfonos inalámbricos y dispositivos Bluetooth. La banda de los 5 GHz tiene la ventaja de tener menos interferencia, pero presenta otros problemas debido a su naturaleza. Las ondas de alta frecuencia son más sensibles a la absorción de ondas de baja frecuencia. Las ondas en el rango de los 5 GHz son especialmente sensibles al agua, edificios circundantes u otros objetos, debido a la alta absorción en este rango. Esto significa que la red 802.11a es más restrictiva en cuanto a la línea de vista y se requieren más puntos de acceso para cubrir la misma área que un 802.11b. Para la misma potencia de transmisión las celdas resultantes son más pequeñas.

3.3Capa de enlace IEEE 802.11

La capa de enlace de datos de 802.11, se compone de dos partes:

1. Control de acceso al medio (MAC). 2. Control lógico de enlace (LLC).

La subcapa LLC de 802.11 es idéntica a la de 802.2 permitiendo una compatibilidad con cualquier otra red 802, mientras que la subcapa MAC presenta cambios sustanciales para adecuarla al medio inalámbrico.

La subcapa MAC es común para varios de los estándares 802.11, y sustituye al estándar 802.3 (CSMA/CD-Ethernet) utilizado en redes cableadas, con


36|P á g i n a

funcionalidades específicas para radio (los errores de transmisión son más altos que en los de cobre), como fragmentación, control de error (CRC-Cyclic Redundancy Check), las retransmisiones de tramas y acuse de recibo, que en las redes cableadas son responsabilidad de las capas superiores.

3.3.1 Método de acceso al medio

Al igual que en Ethernet se usa el protocolo CSMA (Acceso múltiple por detección de portadora) que consiste en detectar el canal, cuando está inactivo comienza a transmitir emitiendo su trama completa y sin escuchar el canal en el proceso por lo cual podría ser destruida debido a las interferencias.

El protocolo de acceso al medio en redes Ethernet cableadas es el CSMA/CD, basado en la detección de colisiones y la subsiguiente retransmisión cuando estas ocurren. En redes inalámbricas que utilizan la misma frecuencia para recibir y transmitir, es imposible detectar las colisiones en el medio, por lo que el mecanismo de compartición del medio se modifica tratando de limitar las colisiones y usando acuse de recibo (ACK) para indicar la recepción exitosa de una trama. Si el transmisor no recibe el ACK dentro de un tiempo preestablecido, supone que la transmisión no fue exitosa y la reenvía. Este protocolo se conoce como CSMA/CA, donde CA hace referencia a “Collision Avoidance”, es decir, tratar de evitar las colisiones, este método no es tan eficiente como el CSMA/CD ya que hay que esperar el ACK antes de poder utilizar de nuevo el canal, y el mismo ACK consume tiempo de transmisión.

Esencialmente CSMA/CA utiliza unos tiempos de espera obligatorios de longitud variable entre tramas sucesivas para evitar las colisiones. Estos tiempos se denominan espaciamiento entre tramas, “Interframe Spacing”, y su valor depende del estado previo del canal.

El acceso al medio es controlado por el uso de diversos tipos de interframe spaces (IFS) o espacio entre tramas, que corresponde a los intervalos de tiempo que una estación necesita esperar antes de enviar datos, los datos prioritarios como paquetes de ACKs esperaran un espacio más corto (SIFS) que el trafico normal.

Por estos motivos nunca se puede lograr que 802.11b tenga un rendimiento comparable al de CSMA/CD o tecnologías basadas en TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo).

3.4Especificaciones técnicas

3.4.1 IEEE 802.11a

802.11a utiliza 300 MHz de ancho de banda en la banda de 5 GHz de la banda U-NII (Unlicensed National information Infrastructure). Aunque el menor de 200 MHz es


37|P á g i n a

físicamente contigua, la FCC ha dividido el total de 300 MHz en tres dominios distintos de 100 MHz, cada uno con una potencia máxima legal diferente. La banda baja opera desde 5.15 hasta 5.25 GHz, y tiene un máximo de 50 mW. La banda media se encuentra entre 5.25 y 5.35 GHz, con un máximo de 250 mW. La banda alta va de 5.725 a 5.825 GHz, con un máximo de 1 W. Debido a la alta potencia de salida, los dispositivos de transmisión en la banda alta tienden a ser productos que van de edificio a edificio. La banda baja y media son más adecuadas para la construcción de dispositivos inalámbricos. Si se usa la banda baja todos los dispositivos deben tener antena integrada.

Diferentes regiones del mundo han asignado distintas cantidades de espectro, así que la ubicación geográfica determinara cuanto de la banda de 5 GHz está disponible. En E.U., la FCC (Federal Communications Commision) ha asignado todas las tres bandas para transmisión no licenciada. En Europa, sin embargo, solo las bandas baja y media son gratuitas.

Campos de la trama PLCP en 802.11a

La PHY Layer Convergence Protocol (PLCP) de 802.11a transforma cada trama 802.11 que una estación desea enviar a una unidad de datos de protocolo PLCP (PPDU). La PPDU incluye los siguientes campos además de los campos de las tramas impuestas por la capa de control de acceso al medio (MAC):

• Preámbulo PLCP. Este campo consta de 12 símbolos y habilita al receptor para recibir una señal OFDM.

• Rate. Este campo identifica el tipo de datos de la trama 802.11. Al igual que con 802.11b, los campos PLCP 802.11a, sin embargo, siempre se envían a la tasa más baja, que es 6 Mbps. La siguiente tabla muestra las velocidades de datos representados por valores de los campos específicos.

Tabla 3..1 Velocidades de datos

Valor del campo Tasa de transferencia

1101 6 Mbps

1111 9 Mbps

0101 12 Mbps

0111 18 Mbps

1001 24 Mbps

1011 36 Mbps


38|P á g i n a

0001 48 Mbps

0011 54 Mbps

• Reserved. Este campo se establece en un cero lógico. • Length. Este campo representa el número de octetos contenidos en la trama. • Parity. Se basa en los valores de Rate, Reserved y Length, este campo

contiene el valor de un bit que proporciona (incluso) la paridad positiva. • Tail. Este campo siempre se establece en ceros lógicos. • Service. Este campo consta de 7 bits como ceros lógicos para sincronizar el

decodificador en el receptor y otros 9 bits para uso futuro. • PSDU. La PSDU, siglas para Physical Layer Service Data Unit, representa el

contenido de la PPDU (es decir la trama 802.11 que se está enviando). • Tail. Este campo consta de 6 bits (todos cero) para funciones de

procesamiento de receptor. • Pad bits. Este campo contiene un número de bits con el fin de modificar el

tamaño de la trama para igualarlo con un múltiplo específico de bits codificados en un símbolo OFDM.

Figura 3.7 Formato de la trama PPDU.

Frecuencia de transmisión.

El PMD 802.11a traduce la señal en una forma analógica con una frecuencia central de transmisión correspondiente al canal de radio elegida por el usuario. Las frecuencias de funcionamiento correspondientes en E.U. están en las bandas U-NII (National Information Structure) de 5.15-5.25 GHz, 5.25-5.35 GHz, y 5.725-5.825 GHz. Dentro de este espectro, hay doce canales de 20 MHz, y cada banda tienen diferentes límites de potencia de salida.

La siguiente tabla identifica la frecuencia central y la potencia máxima de salida de cada una de las bandas U-NII:

Tabla 3.2 Intervalos de frecuencia para la banda de 5 GHz con identificador de canal.

Frecuencia Número Frecuencia de Máxima potencia


39|P á g i n a

de canal transmisión transmitida

Banda baja U-NII 40 5.2 GHz 40 mW

36 5.18 GHz

44 5.22 GHz

48 5.24 GHz

Banda media U-NII 52 5.26 GHz 200 mW

56 5.28 GHz

60 5.3 GHz

64 5.32 GHz

Banda alta U-NII 149 5.745 GHz 800 mW

153 5.765 GHz

157 5.785 GHz

161 5.805 GHz

3.4.2 IEEE 802.11b

La modulación CCK se basa en el uso de códigos complementarios poli-fase. Estos códigos son casi ortogonales. Los códigos complementarios poli-fase no son binarios, son códigos complejos. En la imagen se puede observar un código de poli-fase, con su componente real colocado en el plano vertical y el componente complejo en el plano horizontal.

Suponiendo que la tasa de transmisión de datos se establece en 11 Mbps, el modulador CCK es alimentado por bytes de datos a la velocidad de 1.375 MBytes/seg. El modulador utiliza 6 bits de cada byte para poner uno de 64 únicos códigos complementarios poli-fase con 8 chips de longitud (como el de la imagen). Los otros bits del byte se utilizan para rotar toda la palabra de código (0, 90, 180 o 270 grados).

Por ultimo, 11 billones de veces por segundo, las partes reales y complejas del código resultante van a los canales I (en fase) y Q (en cuadratura) del modulador IQ. La velocidad de símbolo dado es de 11 Mbps, el ancho de banda ocupado por el canal es de 22 MHz y en consecuencia la modulación CCK puede coexistir con el original 802.11 DSSS.


40|P á g i n a

Figura 3.8 Modulación CCK.

El PLCP toma cada trama 802.11 que cada estación desea transmitir y forma a lo que el estándar 802.11 se refiere como una unidad de datos de protocolo PLCP (PPDU). La PPDU resultante incluye los siguientes campos además de los campos de la trama impuestas por la capa MAC:

• Sincronización. Este campo consiste en alternar 0s y 1s, alertando al receptor que una señal entrante está presente. El receptor comienza la sincronización con la señal de entrada después de la detección de la sincronización.

• Delimitador de inicio de la trama: Este campo es siempre 1111001110100000 y define el comienzo de una trama.

• Señal. Este campo identifica el tipo de datos de la trama 802.11, con su valor binario igual a la velocidad de datos dividida por 100 Mbps. Por ejemplo, el campo contiene el valor de 00001010 para 1 Mbps, 00010100 para 2 Mbps, y así sucesivamente. Los campos PLCP, sin embargo, siempre se envían a la tasa más baja, que es 1 Mbps. Esto asegura que el receptor está usando inicialmente el mecanismo de demodulación correcta, que cambia con diferentes velocidades de datos.

• Servicio. Este campo siempre se establece en 00000000, y el estándar 802.11 las reserva para un uso futuro.

• Longitud. Este campo representa el número de microsegundos que se tarda en transmitir el contenido de la PPDU, y el receptor utiliza esta información para determinar el final de la trama.

• CRC. Con el fin de detectar posibles errores en la cabecera de la capa física, la norma define este campo para contener 16 bits de comprobación de redundancia cíclica (CRC). La capa MAC también realiza funciones de detección de error en el contenido de la PPDU también.

• PSDU. El PSDU, siglas de unidad de datos de servicio de la capa física, y es un nombre que representa el contenido de la PPDU (es decir, la trama 802.11 actual que se está enviando).


41|P á g i n a

Figura 3.9 Formato largo PLCP PPDU.

3.4.3 IEEE 802.11g

El estándar 802.11g incluye componentes obligatorios y opcionales. Utiliza OFDM (de 802.11a) y CCK (de 802.11b) como los esquemas de modulación obligatoria, con 24 Mbps como la tasa de transferencia obligatoria de datos máxima.

Este estándar define varias extensiones de trama, como parte de la especificación de tasa extendida PHY (ERP), a la PHY para la implementación del espectro disperso por secuencia directa (DSSS). La especificación PHY 802.11g incluye cuatro conjuntos de esquemas de modulación ERP-DSSS/CCK (obligatorio), ERP-OFDM (obligatorio), ERP-PBCC (opcional) y DSSS-OFDM (opcional). El primer estándar 802.11 define un encuadre PLCP de preámbulo largo y después en el estándar 802.11b fue definido un preámbulo corto para la PPDU; sin embargo, en el estándar 802.11g la capacidad del preámbulo corto PPDU se ha definido como obligatorio.


42|P á g i n a

Figura 3.10 Trama PPDU, ERP-DSSS/CCK

Como parte de la descripción de funcionamiento del esquema de modulación ERP-OFDM, el estándar 802.11g especifica que un paquete ERP va a ser seguido por un periodo de no transmisión con una longitud de 6𝜇𝑠. Este tiempo es llamado extensión de la señal. La lógica detrás de esto es que en el estándar 802.11ª la longitud de los SIFS está definida para ser 16𝜇𝑠, esto es para permitir al proceso de decodificación convolucional terminar. Este supuesto se aplica también a la ERP-OFDM en 802.11g; sin embargo, en el estándar 802.11g la longitud de las SIFS se define como 10 𝜇𝑠, presumiblemente para mantener la retrocompatibilidad con 802.11b.

No obstante, en 802.11g, el esquema de modulación ERP-OFDM requiere de 16 𝜇𝑠 para garantizar que el proceso de decodificación convolucional termine a tiempo. Por lo tanto una extensión de la señal de 6 𝜇𝑠 es incluida para que la estación transmisora pueda calcular el campo de duración en la cabecera de la capa MAC. Esto asegurara que el valor NAV de la estación 802.11b está correctamente ajustada.


43|P á g i n a

Figura 3.11 Formato de preámbulo corto PPDU para DSSS-OFDM

La figura anterior muestra los esquemas de modulación para las múltiples portadoras de 802.11 b/g/a.

3.4.4 IEEE 802.11n

Las especificaciones de 802.11n difieren de sus predecesores en que proporciona una variedad de modos y configuraciones opcionales que dictan distintas tasas de transferencia máximas. Esto habilita al estándar para proporcionar los parámetros de rendimiento de referencia para todos los dispositivos 802.11n, al tiempo que permite a los fabricantes mejorar las capacidades para dar cabida a las diferentes aplicaciones y precios. Con todas las posibles opciones habilitadas, 802.11n puede ofrecer tasas de transferencia de hasta 600 Mbps. Pero el hardware WLAN no necesita soportar todas las opciones para cumplir con la norma.

En el primer requisito de 802.11n es dar soporte a una implementación OFDM que mejora el empleado en los estándares 802.11a/g, con una mayor tasa de código máximo y un ancho de banda un poco más ancha. Este cambio mejora la tasa de transferencia más alta posible, de 54 Mbps a 65 Mbps en las normas existentes.

Hasta el año 2004, las interfaces 802.11n tenían una sola antena. Sin duda, algunas interfaces tenían dos antenas en una configuración de diversidad, pero la base de la diversidad es que la mejor antena es seleccionada. En las configuraciones de diversidad, solo una antena es usada en cualquier punto. Aunque puede haber dos o más antenas, solo hay un conjunto de componentes para procesar la señal, o cadena RF. El receptor tiene solo una cadena de entrada, y el transmisor solo tiene una única cadena de salida.


44|P á g i n a

El siguiente paso más allá de la diversidad es unir una cadena de RF a cada antena en el sistema. Esta es la base de la tecnología MIMO (Multipole-input/Multiple-output). Cada cadena de RF es capaz de recibir y transmitir de manera simultánea, lo que puede mejorar drásticamente el rendimiento. Además, el procesamiento simultáneo de recepción tiene beneficios en la resolución de interferencia por multitrayectoria, y puede mejorar la calidad de la señal recibida mucho más que al usar la diversidad simple. Cada cadena de RF y su correspondiente antena son responsables de transmitir una ráfaga espacial. Una sola trama se puede dividir y ser multiplexada a través de múltiples ráfagas espaciales, que se vuelven a ensamblar en el receptor.

Capa física 802.11n

En los sistemas 802.11n, el PLCP (procedimiento de convergencia de la capa física) puede tener los siguientes formatos: el HT (high troughput) Greenfield, el non-HT (Modo heredado) y el HT-Mixed (Modo mixto).

Modo heredado sin alto rendimiento. Este modo permite la compatibilidad total con dispositivos heredados de la norma 802.11. Cuando se trabaja en este modo, las tramas son todas en formato heredado. El dispositivo también trabaja en modo SISO (Single-In-Single-Out); y no se puede usar con canales de 40 MHz.

Modo Mixto (Mixed Mode HT). Este modo es para redes con un equipo 802.11n y un entorno mixto de clientes 802.11n y clientes 802.11a/b/g. Hay un preámbulo full compatible con elementos heredados, seguidos por la opción de formato HT o heredado. El preámbulo permite que clientes heredados detecten la transmisión, adquiera la frecuencia portadora y la sincronización de temporización. El campo de la señal Legacy (L-SIG) les permite estimar la longitud de la transmisión. Para una comunicación dispositivos heredados, toda la transmisión se mantiene en formato de canal de 20 MHz. Para una comunicación en 802.11n para mayor velocidad, se hace un formato de canal de 40 MHz. El canal de 40 MHz se crea usando dos canales adyacentes de 20 MHz juntos. Sin embargo, los broadcast y otras tramas de control se envían en canales de 20 MHz para permitir a los dispositivos de normas anteriores operar entre sí.

Modo Greenfield. En este modo es para una red con clientes 802.11n conectados a un router 802.11n. Acá no hay manera en que dispositivos anteriores comprendan el protocolo de transmisión. Sin embargo la primera parte del preámbulo es una corta secuencia de trama heredada (definida como HT-G-STF). De este modo, los dispositivos que incluyen normas anteriores sean capaces de sensar que hay equipos 802.11n en la vecindad.


45|P á g i n a

Figura 3.12 Formatos de trama en los distintos modos de funcionamiento.

Legacy Short Training Field (L-STF). El símbolo L-STF OFDM el idéntico al símbolo ST OFDM 802.11a El L-STF es modulada con BPSK a 6 Mbps. No contiene la codificación del canal, y no se encuentra codificada. El L-STF tiene un periodo de 0.8 𝜇𝑠. El STF completo incluye diez de estos periodos, con una duración total de 8 𝜇𝑠.

Legacy Long Training Field (L-LTF). El símbolo OFDM L-LTF es idéntico al símbolo OFDM LT 802.11a. El L-LTF es modulado con BPSK a 6 Mbps. No contiene la codificación del canal, y no se encuentra codificada.

Legacy Signal Field (L-SIG). El L-SIG es usado para transferir velocidad y longitud. El L-SIG consta de un símbolo OFDM asignado a las 52 subportadoras. Este símbolo es modulado con BPSK a 6 Mbps y se codifica a una velocidad media. L-SIG es entrelazada y asignada, y esta insertada en las subportadoras pilotos -27, -7, 7 y 21. El L-SIG no se encuentra codificado.

High Troughput Signal Field (HT-SIG). El HT-SIG es usado para llevar la información necesaria para interpretar los formatos de paquete HT. El HT-SIG está compuesto de dos partes el HTSIG1 y el HTSIG2, cada uno contando con 24 bits. Todos los campos de la HT-SIG se transmiten primero el LSB.

High Troughput Short Training Field (HT-STF). Su proposito es mejorar la formacion del AGC (Aumatic Gain Control) en una multi-transmisión y sistema multi-recepción. La duración del HT-STF es de 4 𝜇𝑠.

High Troughput long Training Field (HT-LFT). Proporciona los medios al receptor para estimar el canal entre cada entrada de mapeo espacial y recibir una cadena; el


46|P á g i n a

número de símbolos de formación es igual o mayor al número de tramas espacio-tiempo.

Las porciones HT-LTF tienen uno o dos partes. La primera parte consta de uno a cuatro campos HT-LTF que son necesarios para la demodulación de la porción HT-Data de la PPDU. Estos HT-LTF se conocen como Data HT-LTF. La segunda parte opcional consiste de cero a cuatro HT-LTF que se pueden usar para sondear las dimensiones espaciales adicionales del canal MIMO que no se utilizan por la parte de HT-Data de la PPDU. Estos HT-LTF se conocen como Extension HT-LTF. Si el receptor no ha anunciado su capacidad de recibir Extension HT-LTF, puede descartar una trama que incluya Extension HT-LFS como un tipo de trama desconocida.


47|P á g i n a

Capítulo 4. Implementación de una Red Ad-Hoc


48|P á g i n a

4.1 Red Ad-Hoc

Las redes Ad-hoc no tienen un control central. En estas redes la única infraestructura está conformada por los nodos que participan en la red. Esta red se puede formar cuando se requiere intercambiar datos sin algún Access Point central y para ello se encuentran dispositivos móviles cercanos incorporados a la red. La ventaja de esta red es que las hace fácil y de veloz instalación.

Cada nodo perteneciente a la red ad-hoc tiene la capacidad de un Router, por lo tanto, no es necesario que dos nodos deban tener visibilidad para comunicarse entre ellos. Basta que un nodo, en lugar de enviar directamente los paquetes al nodo destinatario, pueda encaminar los paquetes hacia otro nodo con los cuales está en visibilidad y este último se encargue de retransmitir los paquetes hacia el destino. Se puede tener de esta manera caminos a saltos múltiples y ampliar notablemente el área geográfica en la cual puede operar una red ad-hoc.

Los dispositivos deben estar dentro del rango de cobertura del Access Point para poder comunicarse y deben escoger un nombre de red y canal común.

4.2 Multitrayectoria

La Multitrayectoria o multipath se refiere a que las señales lleguen al receptor a través de diferentes caminos, y por consiguiente en tiempos diferentes, este fenómeno juega un papel muy importante en las redes inalámbricas por los retardos e interferencia que provocan en las comunicaciones inalámbricas.

Es causado por múltiples reflexiones, difracción, dispersión de la señal transmitida y que llegan al receptor, crea efectos de desvanecimiento a pequeña escala. Provoca cambios rápidos en la intensidad de la señal sobre una corta distancia de viaje o en intervalos, además de dispersiones en el tiempo causadas por retardos en la propagación multitrayectoria.

Este es uno de los fenómenos que más se presentan en el canal de radio y que más afecta a las señales que viajan a través del canal, se refiere a que si se transmite

Figura4.1RedAd-hoc


49|P á g i n a

una señal 𝑠(𝑡), por el medio, llegarán al receptor múltiples componentes de 𝑠(𝑡), que viajaron por trayectorias diferentes, cada una con factores de atenuación, corrimientos de fase, y tiempos de arribo diferentes.

Se manifiesta como un ensanchamiento de la señal en el tiempo, si consideramos además el movimiento que podría existir entre Tx y Rx, el desvanecimiento será provocado por la variación del canal en el tiempo, y esto se debe a que los efectos del canal en la señal transmitida variarán de una posición a otra, ya que la posición de los objetos con los que la señal interactúa al viajar por el canal también cambiara.

4.3 Desvanecimiento

Llamado también atenuación no constante, es un término general que se aplica a la reducción de intensidad de señal en la entrada de un receptor, eso se debe a las réplicas de la señal producidas por las diferentes reflexiones que se producen en el trayecto de propagación al encontrar superficies terrestres o acuáticas, o debidas a la geometría de la trayectoria misma, entre el transmisor en una estación, y su receptor normal en otra estación. La intensidad de desvanecimiento aumenta en general con la frecuencia y la longitud del trayecto.

En concepto al desvanecimiento se le toma como una variación temporal de la amplitud, fase y polarización de la señal recibida con relación al valor nominal (ideal) debido al trayecto de propagación: multitrayecto, conductos, reflexión, difracción y dispersión. El desvanecimiento se puede ver afectado por condiciones climáticas y condiciones medioambientales que obstaculicen el trayecto de la señal hasta alcanzar su destino.

Las causas del desvanecimiento pueden ser muy numerosas, pero en todos los casos producen un deterioro más o menos pronunciado de la calidad de enlace.

Una forma más común de desvanecimiento es uno relativamente rápido y selectivo de frecuencias, causado por la interferencia entre uno o más rayos en la atmosfera. Las trayectorias separadas entre el transmisor y el receptor se deben a irregularidades en las variaciones de permitividad eléctrica con la altura.

Un tipo de desvanecimiento por interferencia puede presentarse con cualquier intensidad, pero por fortuna mientras más intenso es el desvanecimiento, es menos probable que suceda, y cuando sucede, su duración será más corta.

4.3.1 Desvanecimiento rápido.

El desvanecimiento rápido o fast fading es un tipo de desvanecimiento producido cuando el tiempo de símbolo (𝑇!) supera el tiempo coherente (𝑇!); produciendo


50|P á g i n a

cambios en el canal, distorsionando por completo la información a ser transmitida, en términos matemáticos se produce cuando:

𝑇! ≫ 𝑇! 𝑠𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒 𝐹𝑎𝑠𝑡 𝑓𝑎𝑑𝑖𝑛𝑔

El desvanecimiento rápido se produce por el efecto Doopler afectando en la amplitud y fase de la señal resultante.

El tiempo de coherencia (𝑇!) es en el cual el comportamiento del canal se constante, este tiempo se lo puede obtener mediante la expresión dada a continuación:

𝑇! ≈!

!!!! (4.1)

Donde:

𝑇!: Representa el tiempo coherente.

𝑓!: Representa la frecuencia doopler.

El tiempo de símbolo se define como el inverso de la velocidad de transmisión.

𝑇! =!!!"

(4.2)

El efecto Doopler se presenta exclusivamente por la movilidad del usuario con su equipo terminal en comunicaciones inalámbricas, lo que representa un desplazamiento en las componentes de frecuencia de la señal, a la frecuencia desplazada se le conoce como frecuencia doopler y se le puede obtener mediante la siguiente expresión:

𝑓! = !! (4.3)

Donde:

𝑓!: Representa la frecuencia doopler.

𝑣: La velocidad que tiene el usuario de un terminal móvil.

𝜆: Longitud de onda de la señal que interviene en el sistema inalámbrico.


51|P á g i n a

4.4 Creación de la red.

Se abre la ventana de comandos “cmd” en el sistema operativo, en este caso sobre Windows 8, la cual se debe utilizar con permisos de administrador. Lo primero que debemos saber es si nuestra tarjeta de red puede funcionar en modo Ad-Hoc, para ello introducimos el siguiente comando:

netsh wlan show drivers

Se busca la línea que dice “Red hospedada admitida”, y verificamos que en ella diga “Sí”, en caso contrario nuestra tarjeta no funcionara para crear la red.

Figura 4.2 Especificaciones y activación de la red Ad-Hoc

Lo siguiente es configurar la red, aquí le asignamos nombre y una contraseña a la red:


52|P á g i n a

netsh wlan set hostednetwork mode=allow ssid=”Nombre de la red” key=”Contraseña”

Se debe iniciar la red hospedada, así se mostrara en todos los dispositivos cercanos la red creada:

netsh wlan start hostednetwork

En caso de ya no necesitar la red, se desactiva con el siguiente comando.

netsh wlan stop hostednetwork

Al crear la red, desde otro dispositivo nos podemos conectar a ella. Pero aún no se pueden compartir archivos, para poder hacerlo necesitamos que ambos sistemas tengan el mismo nombre en el grupo de trabajo.

Se debe configurar también la dirección IP en ambos equipos. En las configuraciones del adaptador, ingresamos a las propiedades de nuestro adaptador de red inalámbrico. En las propiedades de Wi-Fi buscamos Protocolo de internet versión 4 (TCP/IP) y ahí se agrega una dirección IP o una máscara de subred.

Figura 4.3 Asignación de dirección IP

La dirección de la red hospedada fue 192.168.1.1 y la dirección del equipo que accesa a dicha red es 192.168.1.2.


53|P á g i n a

Nota: Se ocupa un rango de direcciones privada de clase C referido al RFC 1918 para comunicarnos dentro de una red interna.

4.5 Velocidades registradas en el enlace punto a punto.

El controlador de la tarjeta nos permite hacer el cambio de estándar IEEE802.11a/b/g/n, el estándar que se tiene configurado desde el inicio es el IEEE802.11n.

Nos dirigimos a Conexiones de red y seleccionamos la tarjeta de red inalámbrica, en este caso es Intel® Centrino ® Advanced-N 6200 AGN, podemos desactivar el modo 802.11n y mediante la opción Wireless Mode podemos escoger el estándar a/b/g.

Figura 4.4 Cambio de estándar en la tarjeta de red.

4.5.2 Caso 1: IEEE 802.11b

Configurando el estándar 802.11b tanto en la red hospedad como en el equipo que accesará ella y haciendo uso del programa PRTG (véase Anexo E) se realizaron las siguientes mediciones.

Primero se habilitó el estándar 802.11b en la tarjeta de red de la red hospedada asi como en la tarjeta TPLINK TL-WN781ND, después se habilito la red hospedada para que el otro equipo pueda accesar a ella.

Las mediciones Realizadas mediante la transmisión del video se muestran a continuación:


54|P á g i n a

Figura 4.5 Grafica de los resultados medidos de la transmisión de video con una distancia de separación pequeña.

La distancia de separación entre los equipos fue de 1 metro. En la siguiente tabla se muestran algunos valores medidos. Tabla 4.1 Resultados de las mediciones con el estándar 802.11b a una distancia cercana.

TP-LINK 150Mbps Wireless N PCI Express Adapter

Datos del sensor

Fecha Hora Trafico in (volumen) Trafico in (velocidad) Trafico out (velocidad)

29/01/2015 04:02:27 a. m. 41,657 KByte 5,688 kbit/s 106 kbit/s

29/01/2015 04:01:27 a. m. 39,517 Kbyte 5,396 kbit/s 101 kbit/s

29/01/2015 04:00:27 a. m. 40,939 Kbyte 5,590 kbit/s 106 kbit/s







55|P á g i n a










29/01/2015 03:43:27 a. m. 39.615 KByte 5.637 kbit/s 105 kbit/s

29/01/2015 03:42:29a. m. 43.336 KByte 5,688 kbit/s 106 kbit/s


29/01/2015 03:40:27 3. m. 41.994 KByte 5.729 kbit/s 107 kbit/s

29/01/2015 03:39:27 3. m. 41.713 KByte 5,696 kbit/s 106 kbit/s



29/01/2015 03:36:27 a. m. 40.998 KByte 5,596 kbit/s 105 kbit/s



29/01/2015 03:33:27a. m. 41,302 KByte 5,639 kbit/s 106 kbit/s













29/01/2015 03:19:27 a. m. 41,152 KByte 5.620 kbit/s 105 kbit/s



56|P á g i n a

El promedio de la velocidad de datos de entrada fue de 5,553 kbit/s.

Una segunda prueba con una distancia mayor (12 metros) para la transmisión de video refleja los siguientes resultados

Figura 4.6 Grafica de los resultados medidos de la transmisión de video con una distancia de separación de doce

metros.

Para esta condición de distancia, algunos de los datos medidos se muestran en la siguiente tabla.


57|P á g i n a

Tabla 4.2 Resultados de las mediciones con el estándar 802.11b a una distancia lejana.


Datos del sensor

Fecha Hora Sumas Trafico in (volumen) Trafico in (velocidad) Trafico out (velocidad)

Promedios 26491 KByte 3614 kbit/s 69 kbit/s

30/01/2015 02:06:09 a. m. 0 KByte 0 kbit/s 0 kbit/s







30/01/2015 01:58;05 a.m. 36490 KByte 4983kbit/s 92 kbit/s



30/01/2015 01:55;05 a.m. 29324 KByte 4002 kbit/s 75 kbit/s

30/01/2015 01:54;05 a.m. 28450 Kbyte 3886 kbit/s 73 kbit/s

30/01/2015 01:53:05 a. m. 28788 KByte 3935kbit/s 74 kbit/s



30/01/2015 01:50:05 a. m. 24705KByte 3374 kbit/s 65 kbit/s













58|P á g i n a













30/01/2015 01:24:05 a. m. 41709KByte 5693kbit/s 106 kbit/s

30/01/2015 01:23:05 a. m. 38109KByte 5204kbit/s 96 kbit/s

Los resultados se midieron con un intervalo de tiempo de un minuto, el tráfico de entrada representa a todos los datos de entrada en el equipo que accesa a la red hospedada, desde el archivo a transmitir hasta los datos de control para establecer el enlace en la red Ad-Hoc.

Para el caso en el que distancia era mayor, la velocidad de transmisión de datos promedio fue mucho menor con respecto a la primera prueba con una distancia cercana, hubo muchas variaciones debido a que en momentos específicos la velocidad decrementaba considerablemente, esto se podía visualizar en el equipo donde se aloja la red hospedada puesto que el ping que generaba para la verificación del enlace tardaba mucho más con respecto a mediciones en las cuales se obtuvieron velocidades de transferencia de 5 Mb/s.

El tráfico de los datos no fue constante y de igual manera no se consiguió llegar a una velocidad promedio similar a la de la prueba en la que los equipos se encontraban a una distancia muy cercana.

Existe un tiempo transitorio en el cual el receptor trata de interpretar los datos recibidos, esto porque se utiliza una modulación CCK, este tipo de modulación es muy compleja ya que consta de componentes en fase y cuadratura, los cuales requieren más tiempo para ser modulados. Una vez modulada la señal el receptor empieza a cambiar su combinación de bits para ajustarse a una velocidad mayor dentro de la cabecera PLCP y con ello aprovechar su velocidad de tranmision.


59|P á g i n a

4.5.3 Caso 2: IEEE 802.11n

Configurando el estándar 802.11n tanto en la red hospedad como en el equipo que accesará ella y haciendo uso del programa PRTG (véase Anexo E) se realizaron las siguientes mediciones.

Primero se habilitó el estándar 802.11n en la tarjeta de red de la red hospedada así como en la tarjeta TPLINK TL-WN781ND, después se habilito la red hospedada para que el otro equipo pueda accesar a ella.

Las mediciones realizadas mediante la transmisión del video se muestran a continuación:

Figura 4.7 Grafica de los resultados medidos de la transmisión de video

Los resultados de las mediciones con el estándar 802.11n a una distancia lejana muestran lo siguiente:


60|P á g i n a

Tabla 4.3 Resultados de las mediciones con el estándar 802.11n a una distancia lejana.


Fecha Hora Trafico in (volumen) Trafico in (velocidad) Trafico out (velocidad)

04/02/201511:50:22p.m. 82,546KByte 11,263kbit/s 65kbit/s








05/02/201512:00:22a.m. 71KByte 10kbit/s <0.01kbit/s

05/02/201512:01:22a.m. 48KByte 7kbit/s 0kbit/s

05/02/201512:04:22a.m. 61,697KByte 8,422kbit/s 47kbit/s


04/02/201511:54:22p.m. 47,642KByte 6,504kbit/s 291KByte






05/02/201512:00:22a.m. 71KByte 10kbit/s 0.06KByte

05/02/201512:01:22a.m. 48KByte 7kbit/s 0KByte

05/02/201512:04:22a.m. 61,697KByte 8,422kbit/s 346KByte


















61|P á g i n a










Se puede observar en la figura anterior una varianza en la tasa de transferencia de datos, para ciertos intervalos de tiempo la tasa de transferencia se tornó muy baja. Esto se debe a que a distancias mayores, la resistencia a la interferencia multitrayectoria es menor, pero al estar trabajando en la banda de 2.4 GHz la cual es la más utilizada por ser de uso libre existen demasiadas interferencias en el canal. Cabe destacar que no se utilizaron todos los beneficios como son la tecnología MIMO, pero a pesar de esto se pudo observar que la tasa de transferencia es mayor en comparación a las versiones del estándar anteriores, comprobándose no solo por la medición de esta, sino también observando el video, el cual se reprodujo de manera fluida.

Al estar trabajando sobre el estándar 802.11n en el modo de campo verde, se pueden tener muchas interferencias en el canal. Esto se debe a que al trabajar sobre la banda ISM existen muchos equipos que trabajan sobre los mismos canales no solapados. Para poder evitar estas variaciones abruptas de velocidad se requiere que los equipos cercanos trabajen con el mismo estándar y en el mismo modo evitando compatibilidad con estándares anteriores y así aprovechar más el uso de canales adyacentes.

Los momentos en los que parece ser que la trasmisión de datos es nula se debe al multipath, el ping realizado por parte del servidor (equipo en el cual se encuentra el archivo de video) hacia el host, no ha podido alcanzarlo en cierto tiempo y se crea una prueba de latencia fallida, sin embargo intenta accesar nuevamente al host. Cuando se tiene un ping satisfactorio la velocidad de transmisión se ve forzada a alcanzar niveles altos, es por eso que en un punto de la gráfica se tiene hasta una velocidad de transmisión de hasta 18 Mbps.


62|P á g i n a

Capítulo 5. Recomendaciones y conclusiones


63|P á g i n a

5.1 ¿Por qué 802.11n? En 802.11n se introducen cambios en la capa MAC para mejorar las características de transmisión.

En las comunicaciones por radiofrecuencia un cliente o punto de acceso debe competir por el medio para cada trama que quiera transmitir. Esto tiene como consecuencia una contención, colisiones en el medio y retrasos de envió que provocan pérdidas de tiempo, el cual se podría utilizar para el envío de tráfico.

El estándar 802.11n incorpora mecanismos de agrupación de tramas en las estaciones y así reducir el número de eventos de contención o competencia por el medio.

Cada trama transmitida tiene una cabecera la cual contiene bits adicionales que hacen referencia al control de la trama, estos bits son redundantes si queremos hacer uso de la agrupación de tramas, en 802.11n se hace uso de la agregación de tramas para enviar dos o más tramas en una única transmisión. La trama resultante enviada contendrá menos bits en la cabecera, reduciendo el tiempo de competencia por el medio inalámbrico, ya que se envían menos tramas pero de mayor longitud.

Existen dos mecanismos de agrupamiento de tramas:

Agrupación MSDU (unidad de servicio de datos MAC) y agrupación MPDU (unidad de datos de protocolo MAC), en la primera la agregación de tramas se lleva a cabo al entrar a la subcapa MAC con una única cabecera de control; y en la segunda la agrupación de tramas se lleva a cabo a la salida de la subcapa MAC, cada trama tiene su propia cabecera de control. MSDU es más eficiente que MPDU ya que su cabecera es mucho más corta.

En caso de que no se pueda ocupar agrupación de tramas, se debe reducir el espacio muerto en entre tramas, 802.11n reduce el tamaño de cabecera gracias a que el tiempo entre tramas se reduce, aprovechando el tiempo para el envío de más tramas en el mismo intervalo de tiempo.

Aprovechamiento de la tecnología MIMO:

Esta tecnología es la base de que 802.11n pueda llegar a tasas de transferencia de hasta 600 Mbps.

MIMO proporciona la capacidad de transmitir y recibir señales de manera simultánea, ya que cuenta con múltiples antenas. MIMO puede trabajar de dos maneras, una trata sobre enviar distintos flujos de datos en el medio al mismo tiempo, incrementando así la velocidad de transmisión, la segunda consta de enviar


64|P á g i n a

por las antenas múltiples copias de la misma información, esto para aumentar el rango de alcance del enlace.

IEEE 802.11n añade un incremento del ancho de banda de canal a 40 MHz para alcanzar velocidades de transmisión más elevada y puede trabajar en dos bandas de frecuencia, la de 2.4 GHz y 5 GHz.

En la banda de 5 GHz, se ha establecido una separación de 20 MHz entre los canales utilizables, en la banda de 2.4 GHz este espaciado es de 5 MHz. La banda de 2.4 GHz encuentra limitaciones en cuanto a su espectro disponible, que en forma habitual se utilizan los canales 1, 6 y 11 que son los canales no solapados de esta banda de frecuencia. Esto presenta dificultades para definir un canal de 40 MHz en 2.4 GHz. La limitación en el espectro disponible solo permitiría dos canales en la banda, uno de 40 MHz y otro de 20 MHz, y no sería posible construir un canal de 40 MHz sobre dos canales de 20 MHz adyacentes.

Entonces es poco probable que se utilicen canales de 40 MHz en la banda de 2.4 GHz, aun así las mejoras en el rendimiento existen utilizando canales de 20 MHz.

Figura 5.1 Coexistencia de en la banda de 2.4 GHz.

En función del ancho de banda de operación se tienen tres tipos de dispositivos: Dispositivos heredados de 20 MHz (802.11 a/g), dispositivos de alto rendimiento de 20 MHz, y dispositivos de alto rendimiento de 20/40 MHz.

La operación en canales de 20 MHz se utiliza cuando no existen las condiciones para operar en un canal de 40 MHz, ya sea porque el punto de acceso no soporte canales de 40 MHz o por que el estado del canal de comunicaciones no permite utilizar dicho ancho de banda.

La operación en canales de 40 MHz en la banda de 5 GHz es realizado por el uso de 2 canales adyacentes de 20 MHz, uno de estos canales es denominado primario y el otro secundario.


65|P á g i n a

Figura 5.2 Coexistencia de canales en la banda de 5 GHz.

Existen algunos efectos que limitan la capacidad efectiva de una célula 802.11, en las especificaciones se indican velocidades de datos máximas, estas solo se pueden lograr en condiciones de radio óptimas. La distancia del punto de acceso al cliente, los obstáculos a las transmisiones RF como muebles o personas y la interferencia de otras transmisiones limitan la velocidad de transmisión alcanzable.

El medio inalámbrico es un medio compartido, de forma que las estaciones que quieran enviar datos deberán competir por el control temporal de éste. Esta contención o competencia ocupa un tiempo en el cual el medio deja de estar disponible para el tráfico de datos, reduciendo así la capacidad de la célula. La contención depende del número de clientes y de la longitud de las tramas enviadas, a más clientes y tramas más cortas, existe una menor capacidad efectiva de la célula.

Todos los sistemas 802.11n están diseñados para ser compatibles con los clientes de 802.11 de versiones anteriores. Esta característica tiene como ventaja no tener que actualizar todos los equipos, pero la gran desventaja es que cuando un cliente de versiones anteriores se conecta a una célula, el resto de clientes y el punto de acceso deben indicar la presencia de tráfico con velocidades de datos que sean comprensibles para el cliente más antiguo.

Todo lo anterior contribuye a reducir la capacidad efectiva de una célula. Por ello aunque las especificaciones técnicas plantean una velocidad de transferencia de 600 Mbps en 802.11n, en realidad es posible solo alcanzar velocidades de 100 Mbps o 200 Mbps, el cual podría reducirse aún más si los clientes se encuentran a largas distancias, transmiten tramas cortas o usan tecnologías anteriores 802.11a/b/g.

De acuerdo con la teoría del estándar 802.11n, se obtiene la siguiente tabla, donde se muestran las velocidades de datos teóricas posibles de acuerdo al ancho del


66|P á g i n a

canal, cantidad de haces de señal en el espacio y el tiempo de intervalo de guarda. Estos valores son calculados por la Wi-Fi Alliance.

Tabla 5.1 Velocidades de datos para 802.11 a/b/g/n

Canal 20 MHz Canal 40 MHz 1 stream 2 streams 3 streams 4 streams 1 stream 2 streams 3 streams 4 streams

Velocidad de transferencia Mbps 802.11b 2.4 GHz

1, 2, 5.5, 11

802.11ª 5 GHz

6, 9, 12, 18, 24, 36, 48,

54

802.11g 2.4 GHz

1, 2, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54

802.11n 2.4 GHz/

5 GHz

6.5, 13, 19.5, 26, 39, 52,

58.5, 65

13, 26, 39, 52,

78, 104, 117, 130

19.5, 39, 58.5, 78, 104, 117,

130

26, 52, 78, 104,

156, 208, 234, 260

13.5, 27, 40.5,

54.81, 108,

121.5, 135

27, 54, 81, 108,

162, 216, 243, 270

40.5, 81, 121.5,

162, 243, 324,

364.5, 405

54, 108, 162, 216, 324, 432, 486, 540

5.2 Sobre la implementación Se pueden tienen tres estrategias de migración para transformar una red WLAN al estándar 802.11n, una red 802.11n pura, una red superpuesta y una red intercalada. Al hacer una migración se deben de tomar en cuanta cuatro cuestiones: donde se van a situar los equipos 802.11n, que canales se van a utilizar, la posibilidad de eliminar algunos de los puntos de acceso 802.11a/b/g más antiguos.

IEEE 802.11n ofrece una oportunidad para aumentar el uso de la banda de 5GHz, en la que abundan los canales, las interferencias son poco comunes y se pueden emplear canales de 40 MHz. Pero debido a que abundan aún muchos dispositivos 802.11b/g, se recomienda ofrecer cobertura para la banda de 2.4 GHz.

Una estrategia de migración consiste en usar solo dispositivos 802.11n o campo verde, esta estrategia en realidad no se trata de una migración, ya que se trata de construir una red nueva con puntos de acceso y clientes nuevos en un lugar donde no había cobertura WLAN. El principal desafío al llevar a cabo esta estrategia es que todos los clientes deben tener capacidades 802.11n, en el caso contrario, los clientes con versiones anteriores tendrán un alcance más limitado, y experimentaran velocidades de conexión bajas y pérdida de cobertura, además de reducir el rendimiento de las células 802.11n a las que estos dispositivos se conecten.

Dentro de las recomendaciones para una migración de redes 802.11 anteriores a 802.11n se pueden encontrar las siguientes:


67|P á g i n a

• Establecer un mayor espaciado de puntos de acceso solo si los clientes tienen la capacidad para al menos dos secuencias espaciales.

• Situar los puntos de acceso evitando líneas de visión despejadas para mejorar el rendimiento en modo mixto.

• Utilizar puntos de acceso que trabajen en doble banda, en donde el principal sea 802.11n a 5 GHz y la secundaria utilizar una banda de 2.4 GHz (para IEEE 802.11a/b/g).

A pesar de tomar todas estas consideraciones para montar una red 802.11n, se pueden presentar problemas cuando no se conocen todas las características de ésta. Para solucionar esto debemos tomar en cuenta algunas condiciones de diseño.

En la red se puede presentar el problema de que señales toman distintos caminos y pueden interferir entre sí. MIMO convierte esta dificultad en una ventaja usando múltiples caminos para transportar múltiples datos. Pero aun así se presentan problemas, ya que los distintos caminos dependen de los obstáculos entre transmisor y receptor, los cuales son difíciles de predecir si las personas u los objetos cambian de lugar.

A diferencia de versiones del estándar anteriores, donde el radio de cobertura de los punto de acceso se podían considerar como círculos concéntricos donde la potencia incrementaba mientras te acercabas al él, en 802.11n la cobertura es menos predecible, depende del modo en que las ondas de radio se reflejan, se refractan o difractan alrededor de los obstáculos en el medio.

El planeamiento de cobertura de una red es complicado, para asegurar que una red esté disponible en una amplia zona, los radios de cobertura de los puntos de acceso necesitan solaparse de modos que los clientes se puedan mover sin interrupción. Este solapamiento provoca interferencias.

En las redes 802.11a/b/g cada punto de acceso se sintoniza en un canal diferente de sus vecinos, para evitar así la interferencia, no se necesita coordinar los puntos de acceso, los equipos se administran de forma independiente. La desventaja es que se necesita mucho espectro de radio (al menos 3 en 2.4 GHz), y fuerza a los clientes a retomar un nuevo canal cuando se mueven entre celdas, al colocar un punto de acceso con 802.11n, este no puede trabajar a toda su potencia, debido a que el rango extendido resulta en un incremento de interferencia.

Si se disminuye la potencia se crean zonas muertas, en las cuales no habrá cobertura, al tratar de cubrir esta deficiencia con más puntos de acceso se provoca más interferencia, se pueden agregar más canales pero esto no siempre es muy útil.


68|P á g i n a

El estándar 802.11n debe ser totalmente compatible con las versiones 802.11 anteriores, pero dar este soporte trae consigo desventajas. Cuando en la red se encuentra un cliente heredado puede ralentizar la red completa para todos los usuarios. En 802.11n este fenómeno se presenta de manera más problemática, ya que la diferencia entre el cliente más lento y el más rápido es mucho más dramática. Las velocidades de datos pueden variar de 300 Mbps a 1Mbps. Debido a que los clientes más lentos se tardan más en enviar la misma cantidad de datos que los clientes más rápidos, aquellos pueden dominar el tráfico de las redes con accesos aleatorios.

Una solución a este problema es medir a los clientes por tiempo que por cantidad de datos, es decir, en vez de dejar que un cliente transmita una determinada cantidad de datos, se le deja acceso por una determinada cantidad de tiempo. Así un cliente 802.11n puede transmitir 10 veces más cantidad de datos que un cliente 802.11g.

Uno de los mayores problemas para los clientes 802.11n es la necesidad de múltiples antenas, esto no solo incrementa el costo sino también el tamaño físico de los dispositivos, ya que las antenas usadas para soportar MIMO deben estar separadas al menos por media longitud de onda (3 a 6 cm en las frecuencias usadas en 802.11n), lo que es mucho espacio para dispositivos móviles por ejemplo.

Por lo que la Wi-Fi Alliance está certificando dispositivos que trabajen con una sola antena, esto no obtiene los beneficios de MIMO pero soportan otras características como la unión de canales e intervalos de guardia cortos, y brindan velocidades de 150 Mbps en lugar de 300 Mbps.

IEEE 802.11 puede trabajar en dos bandas de frecuencia, la de 2.4 GHz y 5 GHz. La banda de 2.4 GHz es la más utilizada, con los beneficios de cortar menos y tener más alcance. Esta banda es angosta y muy poblada, con la unión de canales de 802.11n el número de canales no solapados se reduce a uno.


69|P á g i n a

Anexo A. Cuadro comparativo de estándares IEEE 802.11a/b/g/n

Tabla A.1 Tabla comparativa IEEE 802.11.

Estándar IEEE 802.11/b/n IEEE 802.11/a/g

Intervalo de frecuencia (MHz)

Norte América y Europa: 2400-2483 Japón: 2470-2499 N: también 5GHz para IEEE 802.11a

a:Europa, Norte América y Japón: 5,150-5,250 Europa y Norte América: 5,250-5,350 Europa: 5,470-5,725 Norte América: 5,725-5,825 Japón: 4,900-5,000 G: igual a IEEE 802.11b

Método de Acceso Múltiple

CSMA/CA CSMA/CA

Método Dúplex TDD TDD Número de canales independientes

FHSS: 79 DSSS: 3 a 5

a: 12 g: 3 a 5

Modulación

FHSS GFSK (0.5 filtro gaussiano) DSSS DBPSK (1 MB/s) DQSK (2MB/s) b DSSS: CCK n 110 Mbps+

a/g: OFDM 48 acarreos 6 Mbps BPSK ½ 9Mbps BPSK ¾ 12 Mbps QPSK ½ 18 Mbps QPSK ¾ 24 Mbps 16QAM ½ 36 Mbps 16QAM ¾ 48 Mbps 64QAM 2/3 54 Mbps 64QAM ¾ g PBCC y DSSS OFDM son opcionales

Velocidad de canal (Mbps)

1 o 2 b: 5.55 11 n=100

a/g: 6,9,12,18,24,36,48 y 54


70|P á g i n a

Anexo B. Decibel dB. El Bel fue originalmente definido por Alexander Graham Bell para medir relaciones de sonido y usado en líneas telegráficas con impedancias de 600 ohms.

𝐵 = 𝐵𝑒𝑙 = 𝑙𝑜𝑔!"𝑃!𝑃!

Donde:

𝑃! = Potencia de salida

𝑃! = Potencia de entrada

Es una unidad logarítmica de base 10, la cual nos permite sumar ganancias y pérdidas, los decibeles describen una relación, en la mayoría de los casos una relación de potencias.

En general:

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝐵 = 10𝑙𝑜𝑔𝑃!𝑃!

Un radiador isotrópico es una antena perfectamente omnidireccional, con cetro decibeles de ganancia, que irradia la señal de manera uniforme, con la misma intensidad en todas direcciones. Este radiador nos sirve de comparación con otras antenas, principalmente hablan en términos de ganancia.

Siempre que se habla de la ganancia de una antena la comparamos con la del radiador isotrópico, y medimos su ganancia en dBi (decibeles sobre radiador isotrópico).

Por ejemplo una antena que tiene 10 dBi posee 10 decibeles de ganancia por encima del radiador isotrópico.


71|P á g i n a

Anexo C. Distribución de la banda de 2.4 GHz y 5 GHz Distribución de la banda de 2.4 GHz

La banda de los 2.5 GHz contiene 14 canales distribuidos cada 5 MHz con un ancho de banda de 22 MHz.

Para IEEE 802.11b/g.

Figura C.1 División del espectro de frecuencia

Tabla C.1 Espaciamiento de la banda de 2.4 GHz

Identificador de canal Rango de frecuencia (MHz) Frecuencia central

1 2401 – 2423 2412

2 2406 – 2428 2417

3 2411 – 2433 1422

4 2416 – 2438 2427

5 2421 – 2443 2432

6 2426 – 2448 2437

7 2431 – 2453 2442

8 2436 – 2458 2447

9 2441 – 2463 2452

10 2446 – 2468 2457

11 2451 – 2473 2462

12 2456 – 2478 2467

13 2461 – 2483 2472

14 2473 – 2495 2484


72|P á g i n a

Cada canal tiene 20MHz de ancho de banda.

Tabla C.2 Espaciamiento de la banda de 5 GHz

Identificador de canal Frecuencia central

34 5170

36 5180

38 5190

40 5200

42 5210

44 5220

46 5230

48 5240

52 5260

56 5280

60 5300

64 5320

100 5500

104 5520

108 5540

112 5560

116 5580

120 5600

124 5620

128 5640

132 5660

136 5680

140 5700

149 5745

153 5765


73|P á g i n a

157 5785

161 5805

165 5809


74|P á g i n a

Anexo D. Características inalámbricas TPLINKTL-WN781ND

Tabla D.1 Características de la tarjeta de red.

CARACTERISTICAS INALAMBRICAS

Estándares Inalámbricos IEEE 802.lin. IEEE 802.11g. IEEE 802.11b

Frecuencia 2.400-2.4S35GHz lln: Hasta 150Mbps (dinámico)

Velocidad de Señal llg: hasta 54Mbps (dinámico) 11b: hasta 1 IMbps (dinámico)

EIRP <20dBm(EIRP)

Sensibilidad de Recepción 130M: -68dBm@10% PER

10SM: -68dBm@10% PER

54M: -68dBm@10% PER 11M: -85dBm@8% PER

6M: -88dBm@10% PER

1M: -90dBm@8% PER

Modos Inalámbricos Modo Ad-Hoc infraestructura

Seguridad Inalámbrica Compatible con 64 128 bit \VEP. WPA-PSK WPA2-PSK

Tecnología de Modulación DBPSK. DQPSK. CCK. OFDM. 16-QAM. 64-QAM


75|P á g i n a

Anexo E. Software PRTG Paessler Paessler AG es líder en la industria, proporcionando la solución de monitorización y prueba más potente, costeable y fácil de usar. Los diferentes productos de software que ofrece Paessler proveen tranquilidad, confidencia y comodidad para negocios de todos los tamaños desde pequeñas empresas hasta empresas multinacionales.

Sirve para la monitorización de ancho de banda: PRTG Network Monitor corre en una máquina de Windows dentro de la red, colectando varias estadísticas de las maquinas, software, y equipos los cuales se designan. También se puede autodetectar, creando un mapeo de la red. También retiene los datos para que poder visualizar datos históricos, ayudando a reaccionar a los cambios.

PRTG viene con una web de interfaz fácil de usar y con configuración muy fácil. Puede fácilmente compartir los datos, incluyendo gráficas en tiempo real y reportes personalizados. Esto permite planear una expansión de red, ver que aplicaciones están utilizando la mayor parte de la conexión.

PRTG puede recolectar datos para cualquier cosa de interés en la red. Soporta múltiples protocolos para recolectar estos datos como: SNMP y WMI

Figura E.1. Software de monitorización de la red PRTG.


76|P á g i n a

Referencias 1. Nicolás Velasco Martos, Sistema embebido para la conexión de un PLC

Siemens S7-200 a la red GSM, 2005, pp. 70-72, Disponible en: http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/11141/fichero/PFC%252F0+portada+e+%EDndices.pdf [Consulta: 21/03/2014]

2. Amaterazú Hernández Cardosa, Operación de una radiobase celular cuando coexisten GSN & IS-54, IS-136, pp. 67-70, Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/hernandez_c_a/ [Consulta: 01/04/2014]

3. Toshiba, Conozca la banda ancha WWAN: ¿Qué supone para el profesional móvil?, 2006, http://bibliotecabiologia.usal.es/tutoriales/Elaboracion-citas-bibliograficas.pdf [Consulta 21/03/2014]

4. Luis Fernando Valle Islas, Coexistencia de redes WLAN & WPAN, 13 Mayo 2005, Capítulo 1, Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/valle_i_lf/ [Consulta: 21/03/2014]

5. David Fajardo Patrón, Simulación de tramas de WCDMA, 18 Mayo 2004, pp. 15-21, Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/fajardo_p_d/ [Consulta: 23/03/2014]

6. Luis Fernando Valle Islas, Coexistencia de redes WLAN & WPAN, 13 Mayo 2005, Capítulo 2, Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/valle_i_lf/ [Consulta: 22/03/2014]

7. http://compnetworking.about.com/cs/wireless80211/a/aa80211standard.htm 2 de septiembre 2014

8. Cisco systems, INC.; fundamentals of Wireless LANs companion guide (cisco networking academy program), 1ra edición, Pearson education, Inc., 2009.

9. Nicolás Velasco Martos, Sistema embebido para la conexión de un PLC Siemens S7-200 a la red GSM, 2005, pp. 70-72.

10. Amaterazú Hernández Cardosa, Operación de una radio base celular cuando coexisten GSN & IS-54, IS-136, pp. 67-70.

11. Toshiba, Conozca la banda ancha WWAN: ¿Qué supone para el profesional móvil?, 2006.

12. Luis Fernando Valle Islas, Coexistencia de redes WLAN & WPAN, 13 Mayo 2005, Capítulo 1.

13. David Fajardo Patrón, Simulación de tramas de WCDMA, 18 Mayo 2004, pp. 15-21.

14. Luis Fernando Valle Islas, Coexistencia de redes WLAN & WPAN, 13 Mayo 2005


77|P á g i n a

Glosario de acrónimos ACK: Acknowledgement.

ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line.

AES: Advanced Encryption Standard.

ATM: Asynchronous Transfer Mode.

BER: Bit Error Ratio.

BFSK: Binary Frequency Shift Keying.

BPSK: Binary phase-shift keying.

BSS: Basic Service Set.

BTS: Base transceiver station.

CAC: Channel Access and Control.

cmd: Símbolo del Sistema.

CRC: Cyclic redundancy check.

CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance.

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.

DFS: Dinamic Frequency Selection.

Dijkstra: Algoritmo de caminos mínimos.

DLC: Data Link Control.

DSL: Digital Subscriber Line.

DSSS: Direct-sequence spread spectrum.

ERP: Extended Rate Phy.

ERP-OFDM: Extended Rate PHY- Orthogonal Frequency Division Multiplexing.

ESS: Extended Service Set.

ETSI: European Telecommunications Standards Institute.

EY-NPMA: Elimination-Yield Non-Preemptive Multi Access.

FCC: Federal Communications Commission.

FDD: Frequency division duplex.


78|P á g i n a

FDM: Frequency Division Multiplexing.

FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum.

FSK: Frequency Shift Keying.

GMSK: Gaussian minimum shift keying.

HF: High frequency.

HT: High Throughput.

HT-LTF: High Troughput Long Training Field.

HT-SIG: High Troughput Signal Field.

HT-STF: High Troughput Short Training Field.

IAPP: Inter-Access Point Protocol.

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers.

IP: Internet Protocol.

IP: Internet Protocol.

ISM: Industrial, Scientific and Medical.

LED: Light-emitting diode.

LF: Low frequency.

LLC: Logical Link Control.

L-LTF: Legacy Long Training Field.

L-SIG: Legacy Signal Field.

L-STF: Legacy Short Training Field.

MAC: Media Access Control.

MAC: Medium Access Control.

MF: Medium frequency.

MIMO: Multiple-input Multiple-output.

MSC: Mobile Switching Centre.

MSDU: MAC service data unit.

MPDU: MAC Protocol Data Unit.


79|P á g i n a

NAV: Network Allocation Vector.

NIC: Network Interface Card.

OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing.

OSI: Open System Interconnection.

P2MP: Point to multipoint.

P2P: Peer-to-Peer.

PDA: Personal digital assistant.

PHY: Physical layer.

PLCP: Physical Layer Convergence Procedure.

PN: Pseudo Noise.

PPDU: PLCP Protocol Data Unit.

PSDU: PLCP Service Data Unit.

PSK: Phase Shift Keying.

QAM: Quadrature amplitude modulation.

QoS: Quality of service.

QPSK: quadrature phase-shift keying.

RF: Radio Frecuencia.

RX: Receptor.

SIFS: Short interframe spaces.

TCP: Transmission Control Protocol.

TDD: Time division dúplex.

TDMA: Time Division Multiple Access.

TKIP: Temporal Key Integrity Protocol.

TPC: transmit Power Control.

Tx: Transmisor.

UHF: Ultra high frequency.

UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones.


80|P á g i n a

UMTS: Universal Mobile Telecommunications System.

UNII: Unlicensed-National Information Infrastructure.

VHF: Very high frequency.

VLF: Very low frequency.

WAVE: Wireless access in vehicular environments.

WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance.

WPA2: Wi-Fi Protected Access 2.

WPP: Wireless Performance Prediction.


81|P á g i n a

Glosario de términos • Acceso múltiple por detección de código: Técnica de acceso múltiple, en la

cual las terminales móviles usan la totalidad del espectro disponible durante todo el tiempo, ya que cada una usa un código ortogonal.

• Acceso múltiple por detección de portadora: Consiste en detectar el canal, cuando está inactivo comienza a transmitir emitiendo su trama completa y sin escuchar el canal en el proceso por lo cual podría ser destruida debido a las interferencias.

• Access Point (Punto de acceso): Un dispositivo cuyo papel es crear una red inalámbrica y permitir a las terminales que se encuentran dentro de su área de cobertura el acceso a la red.

• Ad hoc: Modo de operación de una red inalámbrica en la que no hay Access Point.

• Antena: Diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas. • Canal de frecuencia: Intervalo de frecuencia. • Capa física: Define las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de

procedimiento en la transmisión de bits. • Código de redundancia cíclica: Es un método utilizado para para verificar

errores en una trama que ha sido transmitida. • Convolución: Es una operación matemática en la cual tomamos dos señales y

producimos una tercera. • Espectro de frecuencia: Es una medida de distribución de amplitudes de cada

frecuencia. • Espectro disperso de secuencia directa: Técnica que se basa en una

secuencia pseudo-aleatoria llamada secuencia de dispersión donde a cada bit de la secuencia se le llama “chip”.

• Espectro disperso por salto de frecuencia: Es una técnica de espectro expandido implica un cambio periódico de la frecuencia de transmisión.

• Físico, PHY: Su tarea es hacer de interfaz delas estaciones con el medio de propagación (codificación/decodificación de los bits transmitidos/recibidos, etc.).

• Fragmento: Porción o parte de una trama, la fragmentación es empleada para aumentar la probabilidad de que las tramas lleguen sin errores a su destino.

• IEEE: Son las siglas del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, es una organización sin fines de lucro que se encarga de aplicar los avances en las tecnologías de la información.

• Logical Link Control, LLC: Gestiona los enlaces lógicos de nivel 2 y proporciona una interfaz común para el nivel de red, ocultando las diferencias relativas a la topología y a las técnicas de acceso al canal.


82|P á g i n a

• Medium Access Control, MAC: Se preocupa de controlar y administrar el acceso al medio físico en el caso en el que venga compartido por más nodos (como uncable coaxial o el aire), buscando evitar las colisiones.

• Multiplexaje: Es un recurso basado en procesamiento, utilizado para compartir una línea de comunicación entre diversas estaciones de trabajo analógicas o digitales.

• Multitrayectoria: Es un fenómeno de interferencia causado por múltiples reflexiones de una señal en estructuras o superficies reflectoras, introduciendo a la señal un desfasamiento.

• PDU de control: Aquella que sirve para gobernar el comportamiento completo del protocolo en sus funciones de establecimiento y unión de la conexión, control de flujo, control de errores, etc.

• PDU de datos: Aquella que contiene los datos del usuario principal o la PDU del nivel inmediatamente inferior.

• Periodo de contención: Intervalo de tiempo en el cual todas las terminales compiten por el acceso al canal para realizar su transmisión.

• Procedimiento de convergencia de la capa física (PLCP): Transforma cada trama 802.11 que una estación desea enviar a una unidad de datos de protocolo PLCP (PPDU).

• Protocolo de Internet: Es un método de transmisión de datos por una red, los datos se dividen en paquetes individuales y completamente independientes.

• Protocolo: Es un conjunto de reglas formales, que permiten la comunicación de distintas computadoras entre sí.

• Región de cobertura: Zona dentro de la cual la potencia y calidad de la señal hacen posible la comunicación.

• Subcapa MAC: En esta subcapa se definen los protocolos que indican quien puede usar el enlace y como debe hacerlo.

• Tasa de transmisión: Cantidad de bits que se transmiten por unidad de tiempo en un sistema de comunicaciones.

• Terminal: Dispositivo que se puede comunicar con otro o con el punto de acceso de forma inalámbrica o usando los recursos de la red.

• Tiempo de guarda: Asegura que no se presenten interferencias las diferentes transmisiones entre ellas.

• Trama: Conjunto de bits que son transmitidos por una unidad. • Unidad de datos de protocolo (PDU): Utilizadas para el intercambio de datos

entre unidades disparejas, dentro de una capa del modelo OSI. • Unidad de datos de servicio de la capa física (PSDU): Representa el

contenido de la unidad de datos de protocolo de PLCP). • Wi-Fi: Es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma

inalámbrica.


83|P á g i n a

instituto politÉcnico nacional...• configurar una red ad-hoc y evaluar sus parámetros. •...

Documents