Conceptos basicos de las redes inalambricas

Wireless: Es un termino que significa “SIN CABLES”, y que designa a todos aquellos aparatos que en su funcionamiento no requieren la conexión física entre el y otro para su intercomunicación.

Arquitecturas de redes Wi-Fi: En un principio, la redes sin hilos fueron concebidas para la creación de redes de área local de empresa. La arquitectura de esta es pues bastante sencilla.

Elementos de una red Wi-Fi: Los elementos que forman la red Wi-Fi son:

• Punto de acceso (AP): Es el dispositivo que gestiona la información trasmitida y la hace llegar al destino.

• Antena: Las antenas son el elemento que envían al aire señales en formas de ondas electromagnéticas que contienen información en el dispositivo de destino; y a la vez captan de aire las señales de las cuales se extraerá la información que llega a otro dispositivo. 

• Dispositivo externo Wi-Fi: La tarjeta Wi-Fi es una tarjeta de red de area local CHAL la cual cumple certificación Wi-Fi y permite tanto conexión de un terminar de usuario a una red. Estos dispositivos externo pueden conectarse a ranura PCI o PCMCIA o en puertos USB. 

Aqui les presentamos alginos de los elementos Mencionados.


Wi-Fi: (Wíreless Fidelity) Es una de las tecnologías de comunicación inalámbricas (sin cables – Wireless) mas extendidas. También se conoce como WLAN o como IEEE 802.11. 

Es la tecnología de acceso directo inalámbrico comúnmente denominada Wíreless Fidelity (en adelante “Wi-Fi”) se aplica a las redes de ordenadores o terminales de datos conectados mediante ondas de radio basada en el estándar 802.11 de la a la g) del instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos (en adelante “IEEE”), con un funcionamiento parecido al de los teléfonos móviles, que permiten una conexión inalámbrica entre distintos equipos en un radio geográfico restringido determinado por una estación base. Si hasta ahora los ordenadores se conectaban mediante cables, con las topologías inalámbricas se conectan con pequeñas tarjeta de red y antenas que eliminan los cables. Las tecnologías inalámbricas Wi-Fi permite conexiones entre las propias terminales para la transmisión de datos a alta velocidad y, asimismo permite conexiones a Internet de banda ancha a gran velocidad, hasta 54Mbps, muy superiores a las conexiones habituales. 

La tecnología Wi-Fi se utiliza en aquellas bandas del espectro radioeléctrico que permiten un uso común del mismo., AL considerarse de uso común, o de uso libre, para el uso de esta banda de frecuencias en cuestión, es necesario tener una autorización especifica de la agencia estatal de radiocomunicaciones (en adelante “AER”) o de SETSI el la actualidad hasta que la AER no encuentre en funcionamiento.

Según la comisión europea, las redes radioeléctricas de área local (en adelante “R-LAN”), conectadas a través de tecnología Wi-fi son un medio innovador de suministro de acceso inalámbrico de banda ancha a Internet

(y otros servicios) y a redes intranet de las empresas, no solo para uso privados, sino también para el publico general, disponibles en distintos “hotspots” tales como aeropuertos, puntos marítimos, estaciones, campus universitarios, cafés y otros. Los estados miembros de la UE deben permitir el suministro de acceso publico R-LAN a las redes y servicios públicos de comunicaciones electrónicas en las bandas disponibles de 2.4 GHz y 5 GHz (bandas que utilizan las tecnologías Wi-Fi). En la medida de lo posible y sin condiciones especiales y solo sujetos a autorización general para la presentación de servicios de comunicaciones electrónicas.

Los estándares.


La creación de los estándares que han dado lugar al Wi-Fi es una tarea llevada a cabo por la Internacional Electrical and Electronic Engineers (Asociación Nacional de Ingenieros Electrónicos y Telecomunicaciones), Conocidos por las siglas IEEE. Este organismo es una asociación profesional que se encarga de la publicación de artículos, realización de conferencias y redacción de estándares, como el muy popular Ethernet,

El IEEE dispone de una extensa familia de estándares correspondientes a las redes de área local, 802. Dentro de esta familia se encuentran iniciativas bien diferentes, separadas esencial mente por el alcance que se pretende obtener. Así la sub. Familia 802.15.4 mas conocida como ZigBee, esta dedicada a la estandarización de protocolos orientados a redes de sensores, donde el trabajo consumo y alta variabilidad de las topologías que son fundamentales.

Limitaciones tecnológicas de la familia 802.11: Independientemente de la banda de frecuencias que trabajan, todos los estándares de la familia 802.11 comparten algunas limitaciones que es conveniente conocer antes de tomas una decisión sobre las coberturas, alcances o velocidades que pueden alcanzar.

Estas limitaciones son cincos:

• Alcance: Aunque comercialmente se habla típicamente de un alcance de hasta 100 metro, este dato depende, en primer lugar, de la ubicación y de la presencia de obstáculos en le camino entre el punto de acceso y el Terminal, y en segundo lugar, las conexiones tecnológicas de las interferencias. Así en espacio abierto con buenas condiciones metereologicas y antenas exteriores de los terminales, este alcance puede ser bastante superior. Sin embargo en el interior de un edificio, donde las paredes representan un obstáculo muy importante, la distancia será noblemente inferior, así mismo si hay otras redes de Wi-Fi próximas, o sencillamente otras fuentes de interferencias es también mucho probable que las distancias disminuyan.

• Anchura de banda: Nominalmente, los diferentes estándares pueden alcanzar, físicamente (es decir el canal aéreo, desconectando cualquier ineficiencia que pedan introducir los protocolos superiores), las velocidades mencionadas en la mesa, presenta a el apartado anterior. Ahora bien la causa del efecto de los protocolos necesarios para trasportar la información del usuario sobre el canal aéreo, la velocidad útil es mucho menor. Además en función de las condiciones del entorno, y por lo tanto de la calidad de cada comunicación entre un terminar y el punto de acceso la anchura de lado de esta comunicación se adapta, con el fin de utilizar codificaciones mas robustas antes interferencias y/o errores. Es por eso que a veces nos encontramos con una conexión con el punto de acceso de 11Mbps, y Otros en 5Mbps, en 2Mbps, o incluso en 1Mbps.

• Calidad de servicios: No todo el tráfico tiene la misma importancia desde el punto de vista de cada usuario. Así, se puede considerar que una llamada de VolP tendría que tener prioridad sobre una transferencia de ficheros. Los protocolos mas extendidos de Wi-Fi, como/cómo ahora b y gr, no incluyen ningún mecanismo para priorizar un tipo de tráfico sobre uno otro, lo cual resulta muy perjudicial cuando se mezclan flujos de trafico con requerimientos muy diferentes, como voz y datos. La consecuencia es que Wi-Fi es poco adecuado para transportar tráfico exigente en términos de calidad, como VolP, no tanto para que no funcione adecuadamente, como porque no se puede garantizar cuándo y en qué condiciones funcionará. El 802.11e, como se vea después, introduce mejoras en este aspecto.

• Seguridad: En un principio, las redes Wi-Fi no presentaban mecanismos de seguridad muy sofisticados, ya que el énfasis se puso en cómo transmitir datos sobre el aire, que eran un desafió tecnológico mas urgente. Con el éxito de esta tecnología, sin embargo, y la publicación de las debilidades de los mecanismos de seguridad originales, se hizo necesario introducir mejoras en este aspecto. De hecho, la falta de seguridad de éstas redes, a pesar de que muy exagerada en loa mente de la opinión pública, es uno de los suyos grandes detractores. Como veamos, el 802.11i resuelve la mayoría de las debilidades originales, hasta el punto de hacerlas comparables en seguridad en las redes fijas.

• Movilidad: Popularmente, se considera que las redes Wi-Fi son móviles, ya que no hay que conectarse desde una ubicación fija para acceder a los servicios que nos ofrece, y además se puede ir caminando y navegando por Internet o leyendo el correo electrónico al mismo tiempo. Estrictamente hablando, esto se considera itinerancia, y no movilidad. De hecho, no es posible utilizar una red Wi-Fi desde un vehiculo en movimiento a velocidad normal, por razones físicas asociadas a la velocidad. Además, incluso cuando nos movemos a baja velocidad (caminando), a causa del escaso alcance de cobertura de un punto de acceso, la cual cosa implica “saltar” del uno al otro. También en este aspecto el estándar presenta deficiencias que pueden hacer que perdamos brevemente la conexión e incluso hayamos de volver a conectarnos manualmente. Para compensar ambas restricciones, están desarrollando nuevos estándares, y es de esperar que pronto se dispondrá de productos en el mercado.

Aspectos Technologicos segun su estandar.

A continuación se expondrán brevemente las características mas destacadas de cada tecnología, con el fin de poder hacer una elección adecuada, en función de cada necesidad.
Aspectos tecnológicos de 802.11b: Wi-Fi para las masas: Este estándar define la creación de redes sin hilos a la frecuencia de 2.4 GHz, con una topología de modulación que permite alcanzar velocidades de transmisión “en el aire” de hasta en 11 Mbps, cosa que supone una velocidad efectiva para los usuarios de aproximadamente 5.5 Mbps. Hasta hace poco era la tecnología mas extendida, pero ahora ha sido sustituida por 802.11g. que ofrece las mismas ventajas (banda de uso libre, simplicidad de funcionamiento…), pero con una más anchura de lado, y que, además, es compatible con b, lo cual permite mezclar dispositivos de ambos tipos en la misma red.

Aspectos tecnológicos de 802.11a: la primera mejora de velocidad: Este estándar define la creación de redes sin hilos a la frecuencia de 5 GHz. La información de un usuario se transmite modulando digitalmente una señal de la banda de 5GHz con los datos del usuario. La modulación que se utiliza en este estándar difiere de la del 802.11b, y es especialmente útil en entorno donde pueden aparecer grandes interferencias, por ejemplo, en transmisiones móviles en trenes. En cambio, es incompatible con 802.11b, ya que trabaja en otra frecuencia. El estándar 802.11ª permite alcanzar velocidades de transmisión máximas de hasta 54Mbps, cosa que supone una velocidad efectiva de aproximadamente 36 Mbps.

Aspectos tecnológicos de 802.11g: el estándar de hoy en día: Este estándar mejora el 802.11b, ya que trabaja manualmente a al frecuencia de 2.4, pero varia la modulación (en este caso es idéntica a la 802.11a) hasta alcanzar igualmente velocidades de transmisión máximas de hasta 54Mbps, cosa que supone una velocidad efectiva de aproximadamente 36Mbps.
Aspectos Tecnológicos de 802.11i: seguridad en redes Wi-Fi:Este en uno de los aspectos más importantes para la popularización definitiva de las redes Wi-Fi. Todas las tecnologías son Vulnerables a priori por el hecho de utilizar el aire como medio de transmisión (ya que el principio es un medio accesible a todo el mundo que quiera escuchar nuestras comunicaciones), por eso hay que imponer estrictas medidas de seguridad a al hora de implementar estas red.

Seguridad:

En temas generales, los requerimientos de seguridad en una red de comunicaciones son los siguientes:

Autenticación: La garantía de que el servicio se ofrece únicamente a los usuarios autorizados y que el servicio es ofrecido a quien le dice ofrecerlo.

Confidencialidad: La garantía de que solos los usuarios autorizados pueden acceder al contenido de la información enviada. Implica la implantación de mecanismos de cifrado de la información que se trasmite por la red.

Integridad: La garantía de que la información no pueda ser alterada ni cambiada en el transcurso de su transmisión por una red.

Disponibilidad: La garantía de que la información es accesible para los usuarios autorizados de forma sencilla y en cualquier momento. En Particular, la tecnología Wi-Fi Tradicional (es decir, los estándares b, gr, a) provee actualmente seguridad mediante dos atributos: la confidencialita y la autentificación.

Con repecto a la confidencialidad:

WEP: Es un sistema de cifrado estándar propuesto por el comité.

Autenticación Abierta: Es el mecanismo de autenticación por defecto que permite que cualquier dispositivo puede obtener acceso la red y los datos se trasmiten sin ningún tipo de cifrados.

Autenticación de clavo compartida: Es un mecanismo de autenticación que utiliza la clave de la red para autenticar al cliente. El proceso consiste en el envió por parte del punto de acceso de un texto que posteriormente el cliente cifra con la clave de red y devuelve al punto de acceso. Si devuelve al punto de acceso satisfactoriamente, se inicia el mismo proceso de forma inverso, De esta manera se produce una autenticación mutua. Este sistema es vulnerable ya que es sencillo obtener la clave de cifrado, el algoritmo no se considera seguro.

Autenticación por dirección MAC: Es un mecanismo de autenticación basado en lista de control de acceso que contienen la dirección físicas de los equipos (Direcciones MAC) cada punto de acceso entáblese las direcciones que son validas por autenticar un cliente en su red. Este sistema también es vulnerable ya que es sencillo capturar las direcciones permitidas por un punto de acceso completo.

WPA: (Wi-Fi protected Access También conocidos como TKIP) sistema de cifrado creado para eliminar las principales debilidades de seguridad de las redes sin hilos y de WEP.

Se trata de un paso intermedio para sistemas que todavía no son totalmente compatibles con 802.11i ya que se pueden implementar con una sencilla actualización del software de los productos b y gr hace un proceso de encriptación mas fuerte que WEP pero las claves de cifrado son estáticas, cosa que lo hace todavía Vulnerable.

WPA2: Utiliza un nuevo sistema de cifrado, nombrado AES, considerado el más seguro conocido actualmente en cualquier tipo de red (con o sin hilos). Además la clave cambia en cada sesión, y es diferente para cada usuario.

WIMAX: Fundamentos sobre Wimax: En los últimos años el incremento de la demanda por acceso de banda ancha móviles a aplicaciones, servicios multimedia y de Internet a levado a crear nuevas tecnologías y arquitecturaza de redes para llevar mejores servicios al menos costo posible para operadores y usuario finales uno de esto es WIMAX.

WIMAX son siglas para World Wide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidad mundial para acceso por microondas) Es una norma de transmisión de datos usando ondas de radio. Es una tecnología dentro de las conocida como ultimas tecnologías de última milla, también conocidas como bucle local que permite la recensión de datos por microondas y retrasmisión por ondas de radio.

Lo tanto WIMAX es una red inalámbrica de área metropolitana (WMAN) esto quiere decir que esta basada en el protocolo IEEE 802.16. esta es una tecnología que, aunque no nueva, esta en desarrollo desde hace aproximadamente diez años.
Cuando se estableció la IEEE 802.16 Working Group entre los años 1998 y 1999 este grupo fue creado por la comincion de estándares del IEEE (IEEE Standard Board) .

Este grupo estaba enfocado en el desarrollo del sistema banda ancha inalámbrico punto Mult-Punto que operaba en la banda de los 10 GHz A los 66 GHz. El resultado fue el estándar IEEE 802.16 complementando en diciembre del 2001 el cual estaba basado en una portadora única en la capa física utilizando multicanalizacion por división de tiempo (TDM) en la capa MAC (Media Access Control).
La primera revisión de este protocolo produjo el 802.16ª que incluía aplicaciones NLOS (Neon – Line Of Sight por sus siglas el ingles) en bandas de 2GHz a 11GHz utilizando una capa física (PHY) basada en Multicanalizacion Ortogonal por División de Frecuencia (OFDMA). Futuras revisiones llevaron el protocolo 802.16-2004 enfocando a las aplicaciones fijas. En diciembre del 2005 el grupo completo y aprobo la enmienda IEEE 802.16e-2005 para formal la base del WIMAX Movil. 

WIMAX es el tipo de red inalámbrica que permite una gran lista de características que ofrecen muchísima flexibilidad en término de desplegué y servicios potenciales, de acuerdo con (1) entre las principales se encuentran:

Capa fisica basada en ODFM: La capa fisica (PHY) de WIMAX esta basada en multiplexado por división ortogonal de frecuencia (ODFM) que permite que WIMAX opere en modo NLOS, además de que ofrece buena resistencia a múltiples trayectorias.

Tasa de transmisión pico de datos muy alta: WIMAX es capaz de soportar una taza de datos muy alta. La tasa pico en la PHY puede ser de hasta 74Mbps cuando se trabaja en un experto de 20MHz. Típicamente, utilizando un espectro de 10MHz usando un esquema TDD (Time-División Duplexing) con un radio de 3:1 para tempo de bajada/tempo de subida, la tasa pico en la PHY esta cerca de los 25Mbps para tiempo de subida y los 6.7Mbps para los tiempo de bajada.

Ancho de banda escalable y soporte de taza de datos: WIMAX tiene una arquitectura escalable de capa fisica que permite que la tasa de datos aumente fácilmente cuando hay un canal de ancho de banda disponible. Esta escalabilidad esta apoyada en el modo OFDMA donde el tamaño de la FFT (Trasformada rápida de Fourier) puede escalarse basado en el canal disponible.

Modulación y codificación adoptiva (AMC): WIMAX soporta un número de esquema de modulación y corrección de errores (FEC, Forward Error Connection) y permite que este esquema sea cambiado en una base por usuario o por frame, dependiendo de las condiciones del canal.
Retransmisión en la capa de enlace: Para conexiones que requieren una seguridad mejorada, WIMAX soporta automatic repeat request (ARQ) en la capa de enlace de datos. 

Soporte para FDD Y TDD: IEEE 802.16-2006 y IEEE 802.16e-2005 soportan tanto Deplexado por división de frecuencia (FDD) como por división de tiempo (TDD), así como half-duplex FDD (HD FDD), que permite implementación de sistema de bajo costo.

Soporte para técnicas avadadas de antenas: La solución de WIMAX tiene un numero de ganchos construidos dentro del diseño de la capa fisica, esto permite el uso de técnicas múltiples de antena, tales como forma de haz, codificación de espacio-tiempo multiplexado espacial. Sirven para mejorar la capacidad del sistema en generar y la eficiencia espectral.

Soporte de Qos: La capa de MAC de WIMAX tiene una arquitectura orientada a conexión que esta diseñada para soportar una variedad de aplicaciones, incluyendo servicios de voz y multimedia. Este sistema ofrece soporte para servicios de bit constante (CBR), tasa de bit variable (VBR), flujo de tráfico en tiempo real no real. WIMAX MAC esta diseñada para soportar un gran numero de usuario, con múltiples conexiones por terminar.

Seguridad robusta: WIMAX soporta un encriptado fuerte utilizando un estándar avanzado de encriptación (AES), tiene una privacidad robusta y protocolo de manejo de llaves. El sistema también ofrece una arquitectura de autenticación muy flexible basado en el protocolo extensible de autenticación (EAP), que permite una variedad de credenciales de usuario, incluyendo, nombre de usuarios y contraseñas digitales, certificados digitales y tarjetas inteligentes.

Arquitectura basada en IP: El foro WIMAX ha definido una arquitectura de referencia de red que esta basada en la plataforma all-IP (Todo IP). Los servicios end-to-end son entregados sobre una arquitectura IP que cuenta con protocolos basado en IP para el trasporte end-to-end Qos, gestión de sesión, seguridad y movilidad. Esta base sobre IP permite a WIMAX declinar los costos de procesamientos de IP, y facilita la convergencia con otras redes y explota el desarrollo de aplicaciones que existe para IP.
Aparte de estas ventajas siempre existen problemas por resolver. Uno de los principales problemas que se tiene y es común en redes inalámbricas es el medio de transmisión. Cuando se trata ce comunicaciones alambicas, como es el caso alambre de cobre o fibra óptica, estos son los que guían la señal desde el trasmisor hasta el receptor, pero en el caos de comunicaciones inalámbricas, la transmisión se basa en mecanismos complejos para la transmisión de ondas de radios. 

Capa fisica de WIMAX: Como ya se menciono anteriormente la capa fisica de WIMAX esta basda en OFDM, este esquema de transmisión que opermirte la transferencia de datos, videos y multimedia a alta velocidad y es utilizada en varios sistemas de banda anchas como lo son DSL, Wi-Fi etc.
Es un esquema eficiente para la transmisión de tasas de datos muy altas en un ambiente NLOS o un radio múltiples de trayectorias. 

Bases de OFDM: OFDM esta parte del o que se conoce multicarrier modulation, que esta basada en la idea de dividir una secuencia de una alta tasa de transmisión de bits y modular cada frecuencia en diferentes portadoras.

Este esquema permite reducir o eliminar la interferencia entre símbolos (ISI) al hacer el tiempo de símbolo lo suficiente grande para los retrasos incluido en el canal sena una fracción insignificante de la duración del símbolo.

Parámetros de OFDM en WIMAX: WIMAX utiliza una base de 256-FFT en la capa fisica, usa 192 subportadoras para trasportar la información, de las cuales 8 son utilizadas como subportadoras piloto para la estimación del canal y propósitos de sincronización, mientras que el resto de las subportadoras son usadas como banda de guarda. Dado que el tamaño de FFT es fijo, el espacio entre subportadoras varían en ancho de banda del canal. 

Cuando se utilizan anchos de bandas más grandes, el espacio entre subportadoras, incrementa y el tiempo de símbolos disminuye. Que este tiempo disminuya significa que una fracción mas grande necesita ser asignada como tiempo de guarda para superar la extensión del retraso.

Etapas funcionales en la capa fisica (PHY) de WIMAX: La capa física de WIMAX tiene varias etapas funcionales, no solo limita a la OFDM.

Densidad: Por densidad entendemos el uso de varios receptores o técnicas de recepción y señales para aumentar la relación señal a ruido y tratar los problemas de pérdidas provocados por rebotes de señal asociado a entorno multiproyecto. Las técnicas de diversidad proporcionan dos ventajas principales:

La primera es la fiabilidad, ya que la solución optima para entorno con canales multitrayecto, al tratar los efectos de los nulos que aparecen por la refecciones. Así diversos estudios afirman que se producen ganancias de diversidad del orden de 10db.
La segunda es la potencia media de señal recibida aumenta, con lo cual se produce una mejora respecto a los sistemas que no implementan este mecanismo

En generar se habla de tres tipos de diversidad: La especial (basada en la utilización de múltiples antenas), la paralización (donde las antenas trabajan con polarizaciones) y, por ultimo, la de patrón o Angulo (basada en el uso beamforming que vimos anteriormente).