Radiofrecuencia – Infrarrojo
Por: Ing. José David Alonso Saenz
mailto:Jdalonso@ucatolica.edu.co
2.2 Utilización.
2.4 Comparación de Estandaderes Inalámbricos.
2.5 Implementación.
2.6 Funcionamiento.
2.7 Tecnologías.
2.9 Factores A Considerar Al Comprar Un Sistema Inalámbrico.
3. Infrarrojos
4. Conclusiones
La flexibilidad y movilidad hace de las redes sin cable que sean muy efectivas para extensiones y que sean una atractiva alternativa a las redes cableadas, puesto que proporcionan la misma funcionalidad sin las restricciones del cable en sí mismo. Las redes sin cable permiten topologías desde las más simples hasta complejas redes que ofrecen conexión y distribución de datos y permiten navegar. Ademas de ofrecer al usuario final movilidad en un entorno de red, habilitan redes portátiles permitiendo a las LAN movimientos con el conocimiento de los usuarios que las utilizan.
Palabras Claves:
APs (Punto de Acceso),Bridge,BBS (Configuración de Servicio Básico),DS (Direct Sequence),DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum),CDMA (Code División Múltiple Acces),DS (Direct Sequence),EPs (Puntos de Exención),ESS (Configuración de Servicio Externo),Ethernet,FCC (Comisión Federal de Comunicaciones),FH (Frequency Hopping),
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum),Ghz,Hopping,IR,IEEE,IEEE 802.11,LLC (Control de enlace Logico),LAN,LMDS (Local Multipoint Distribution System),LMCS (Local Multipoint Comunication System),MAC (Control de acceso al Medio),Mbps,Token Ring,Transreceptor,Tranceiver,WLAN,WEP (Wired Equivalent Privacy).
Summary
The flexibility and mobility makes of the nets without cable that they will be very effective for extensions and that they will be an attractive alternative to the nets wired, since provide the same functionality without the restrictions of the cable in if same. The nets without cable permit topologies from the but simple complex until nets that offer connection and distribution of data and permit to navigate. of offering to the final user mobility in a net environment, enable portable nets permitting the LAN movements whit the knowledge of the users that use it.
1. Introducción
Las redes de área local se han convertido en el medio natural para lograr la interconectividad entre sistemas, a fin de intercambiar y compartir información, puesto que las ventajas de la interconectividad atraen a los usuarios que trabajan de manera aislada. La evolución que se percibe en las comunicaciones inalámbricas esta modificando raídamente la manera en que se utilizan las computadoras en la sociedad. Las redes inalámbricas (WLANs) son tal vez la manifestación inmediata a estos cambios en el entorno laboral
1.1 Justificación del Medio Inalámbrico
El cableado físico de las redes, en algunos casos específicos, resulta relativamente costoso y dispendioso por su instalación. Ademas, como se han popularizado los equipos portátiles y manuales, los cuales ya no necesariamente están en un sitio fijo, se hace conveniente que la conexión a la red sea inalámbrica. Las estaciones se pueden conectar inalámbricamente a una unidad de acceso a la red, la cual si esta conectada al medio físico que enlaza los servidores, o a la red puede ser totalmente inalámbrica.
El medio inalámbrico puede ser radiofrecuencia o rayos infrarrojos. En el primer caso es necesario tener una licencia para las frecuencias utilizadas. Sin son rayos infrarrojos se deben usar dentro del mismo sitio, pues estos rayos no atraviesan objetos opacos. Hay que tener en cuenta la posible interferencia causada por la porción de infrarrojo que producen fuentes normales de luz, como bombillos.
Los estándares para las LAN inalámbricas se han definido en USA por la IEEE 802.11.
En uno u otro medio se necesita, como en las LAN por cable, un método de acceso al medio (MAC), para evitar colisiones y dejar que una sola estación lo utilice en un momento dado.
Por otro lado no se espera que las redes inalámbricas lleguen a reemplazar a las redes cableadas. Estas ofrecen velocidades de trasmisión mayores a las logradas con la tecnología inalámbrica.
Existen cuatro técnicas a saber:
Infrarrojo
Radiofrecuencia
Microondas
Laser
Wirless Local Area Network
Una red de área local por radio frecuencia o wlan (wirless lan) puede definirse como una red local que utiliza tecnología de radio frecuencia para enlazar los equipos conectados a la red en lugar de los medios utilizados en las LAN convencionales cableadas.
"Cuando los medios de unión entre sus terminales no son los cables, sino un medio inalámbrico"
2.1 Ventajas y Desventajas (por que utilizarlas)
Ventajas:
Respecto a la red tradicional la red sin cable ofrece las siguientes ventajas:
Movilidad:
Información en tiempo real en cualquier lugar de la organización para todo usuario de la red, implica mayor productividad y posibilidad de servicio
Facilidad de instalación:
Evita obras para extender cable por techos y paredes.
Flexibilidad:
Permite llegar donde el cable no puede.
Reducción de costos:
Cuando se dan cambios frecuente o el entorno es muy dinámico el costo inicialmente mas alto de la red sin cable es significativamente mas bajo, ademas de tener mayor tiempo de vida y menor gasto de instalación.
Escalabilidad:
El cambio de topología de red es sencillo.
Resistencia a la interferencia externa
Desventajas:
Se encuentran periodo transitorio de introducción.
Faltan standares
No esta clara la obtención de licencias.
Pocas presentan compatibilidad con los standares de las Redes fijas.
Potencia, Velocidad de trasmisión y Distancia limitadas.
2.2. Utilización
Industrias
Almacenes
Controles de calidad
Controles de entrada y salida
En grandes superficies. En las cuales instalar una infraestructura de cableado puede ser muy caro.
2.3 Normalización (IEEE 802.11)
En el año 1.990 en el seno de la IEEE 802 se formo el comité IEEE 802.11, que empieza a trabajar para tratar de generar una norma para las WLAN. Pero hasta 1.994 aparece el primer borrador.
Después de años de trabajo se finalizaron los trabajos relativos a la norma. La cual ayuda a la tecnología a encontrar su posición en el mercado, pues se trata de tecnologías fuertemente sensibles a la estandarización y regulación.
IEEE formó un grupo de trabajo para desarrollar un protocolo para la capa de Control de Acceso al Medio (MAC) y la capa Física estándar para la conectividad inalámbrica.Esta conectividad se enfoca a computadoras estacionarias, portátiles y móviles en un área local.
Este grupo de trabajo es el IEEE 802.11
Las estaciones móviles tienen constante acceso a la red durante el movimiento.Cuando dos estaciones se van a comunicar forman una Configuración de Servicio Básico (BBS).Una red Ad-Hoc es una red donde sistema estaciones se comunican solo punto a punto. La mayoría de estas redes se configuran rápidamente.Cuando se interconectan Ad-Hoc (BSS), la red cambia a una estructura 802.11
Dos o más BSS se interconectan utilizando un Sistemas de Distribución (DS) que incrementa la cobertura de la red. Cada BSS se convierte en un componente de una red más grande y extendida. La entrada al DS se realiza por medio de Puntos de Acceso (AP).Un AP es una estación. Por tanto, los datos se mueven entre el BSS y el sistema de distribución con la ayuda de estos puntos de acceso.
La creación de redes complejas utilizando BSS y DS conlleva a un siguiente nivel: Configuración de Servicio Extendido, ESS.
La mayor ventaja del ESS, es que la red se ve como un conjunto de servicio básico independiente para la Capa de Control de Enlace Lógico (LLC).Es decir, que las estaciones dentro del ESS pueden comunicarse o moverse entre BSS de manera transparente a la LLC.
IEEE 802.11 puede trabajar con las redes cableadas existentes.
IEEE 802.11 soluciona este reto con el uso de un portal. Un portal es la integración lógica entre Wired-Lan y 802.11.Puede servir como el punto de acceso al DS. Todos los datos que van de una LAN 802.X a una 802.11 deben pasar a través del portal.
El Sistema de Distribución debe soportar los siguientes servicios:
Estaciones de Servicio
Servicios de Sistemas de Distribución
DSS ofrece:
Asociación
Re-Asociación
Des-Asociación
Distribución
Integración
Los 3 primeros trabajan con la movilidad de la estación.
Si una estación está en movimiento dentro de su propio BSS o no está en movimiento, la movilidad de la misma es de No-Transición. Si una estación se mueve entre BSS dentro del mismo ESS, hay una Transición-BSS.
Si la estación se mueve entre BSS de diferentes ESS, hay una Transicion-ESS. Una estación debe afiliarse con la infraestructura de una BSS si quiere utilizar la LAN. Esta se realiza mediante una asociación con un punto de acceso. Las asociaciones son dinámicas por naturaleza, debido a que las estaciones se mueven, encienden y apagan. Una estación puede estar asociada solo con un AP, lo que asegura que el DS siempre conozca donde esta la estación.
La Asociación soporta la movilidad de No-Transición, pero no la transición-BSS.
La Re-Asociación permite a una estación cambiarse de un AP a otro.
Des-Asociación, cuando la asociacion. Entre la estación y un AP termina.
La Transición-ESS no es soportada por ninguna de los tres servicios.
Una estación puede moverse a un nuevo ESS pero tendrá que volver a iniciar sus conexiones.
La Distribución sólo obtiene los datos del emisor para el receptor destinado.
El mensaje es enviado al AP local (Ap de entrada) y después distribuido a través del DS al AP con el que está asociado el receptor.
Servicios de la Estación
Autentificación
No-autentificación
Privacidad
Entrega de la unidad de datos del servicio MAC (MSDU)
Para controlar el acceso a la red, las estaciones deben establecer su identidad.
Autenticación
Antes de ser reconocido y tener acceso a la red, se debe pasar por fuerza una serie de evaluaciones que permitan saber si el usuario es realmente quien dice ser. Una vez que una estación ha sido autentificada puede asociarse. La relación de autenticación puede darse entre dos estaciones dentro del mismo BSS o hacia el AP de la BSS. No existe autenticación fuera del BSS
Dos tipos de estos servicios que ofrece el 802.11
Sistema Abierto de Autenticación:
Cualquier usuario que solicite una autenticación la recibe
Autenticación por Llave Compartida:
Los usuarios necesitan una llave secreta compartida para ser autenticados. La llave secreta se implementa con el algoritmo privado WEP (Wired Equivalent Privacy) y se entrega a todas las estaciones antes de tiempo por algún método seguro (mensajero)
La no-autenticación se presenta cuando ni la estación o el AP desean terminar con el proceso de la autenticación de las estaciones (solicitantes). Cuando esto pasa, la estación solicitante automáticamente es des-asociada. Wep, se utiliza para proteger estaciones autorizadas de intervenciones. Es razonablemente robusto. Puede romperse en tiempo. El algoritmo de ruptura está directamente relacionado con el tiempo en que la llave se encuentra en uso
Velocidad mínima de trasmisión 1 Mbps
Deben trabajar en un entorno de frecuencia de 2.45 Ghz.
2.4 Comparación De Estándares Inalámbricos:
|
IEEE 802.11b |
HomeRF |
Bluetooth |
Velocidad |
11 Mbps |
1,2,10 Mbps |
30-400Kbps |
Uso |
LAN de oficina o campus |
Oficina casera, casa, patio |
Red de área personal |
Tipo de Terminales |
Agregadas a notebook, PC de escritorio, dispositivos de bolsillo, compuerta de internet |
Agregadas a notebook, PC de escritorio, modem, teléfono, dispositivo portátil, compuerta de internet |
Integradas en notebook, teléfono celular, dispositivo de bolsillo, localizador, aparatos, automóvil |
Configuración Típica |
Múltiples clientes por punto de acceso. |
Punto a punto o múltiples dispositivos por punto de acceso. |
Punto a punto o múltiples dispositivos por punto de acceso. |
Alcance |
50 a 300 pies |
150 pies |
30 pies |
Uso compartido de frecuencia |
Espectro de expansión de secuencia directa |
Salto de frecuencia de banda ancha. |
Salto de frecuencia de banda angosta |
Compañías y grupos que lo respaldan |
Cisco, Lucent, 3Com, WECA consorcio |
Apple, compaq, Dell, Home RF working group, Intel, Motorola, Proxim |
Bluetooth Special Interest Group, ericcson, Motorola, Nokia |
Estado |
En distribución |
En desarrollo |
En desarrollo |
URL |
2.5 Implementacion
La configuración de WLAN puede ser simple o compleja
La más básica se da per to per (punto a punto) Este modo de funcionamiento permite interconectar redes locales distantes mediante puentes (bridges), de radio frecuencia, trabajan a velocidades máximas de 11 Mbps y distancias cercanas a los 5 Km.
Cada cliente tendría únicamente acceso a los recursos de otro cliente pero no a un servidor central. Este tipo de redes no requiere de administración o preconfiguracion.
Instalando un Punto de Acceso (APs) se puede doblar el rango al cual los dipositivos puedan comunicarse, pues actúan como repetidores. Desde el punto de acceso se conecta a la red cableada cualquier cliente tiene acceso a los recursos del servidor y ademas actúan como mediadores en él trafico de la red vecina más inmediata. Cada punto de acceso puede servir a varios clientes según la naturaleza y numero de transmisiones.
Los puntos de acceso tienen un rango finito, del orden de 150 m en lugares cerrados y 300 m en lugares abiertos, en zonas grandes es probable mas de un punto de acceso, para resolver estos problemas se puede usar Punto de extensión (EPs) para aumentar el numero de APs, estos EPs extienden el rango de la red retrasmitiendo las señales de un cliente a un APs o a otro EPs. Otro elemento importante es la Antena direccional
2.6. Funcionamiento:
Se utilizan ondas de radio para llevar la información de un punto a otro sin necesidad de un medio físico. Las ondas de radio son normalmente referidas a portadoras de radio ya que estas únicamente realizan la función de llevar la energía a un receptor remoto.Los datos a trasmitir se superponen a la portadora de radio y de este modo pueden ser extraídos exactamente en el receptor final. Esto es llamado modulación de la portadora por la información que esta siendo trasmitida. De este modo la señal ocupa más ancho de banda que una sola frecuencia. Varias portadoras pueden existir en igual tiempo y espacio sin inferir entre ellas, si las ondas son trasmitidas a distintas frecuencias de radio. Para extraer los datos el receptor se ubica en una determinada frecuencia ignorando el resto. El punto de acceso (o la antena conectada al APs ) es normalmente colocada en alto . El usuario final accede a la WLAN a través de adaptadores. Estos proporcionan una interfaz entre el sistema de operación de la red cliente (NOS Network Operating System) y las ondas, vía una antena.
Trabajan en la banda de los 2,4 Ghz. La banda se modula desde los 2,445 Ghz hasta los 2,475 Ghz , permitiendo un anchi de trasmisión de 30 Mhz.
2.7 Tecnologías: Banda Estrecha
Banda Ancha (Secuencia Directa, Salto de Frecuencia)
Banda Estrecha: Se trasmite y recibe en una especifica banda de frecuencia lo mas estrecha posible para el paso de información. Los usuarios tienen distintas frecuencias de comunicación de modo que se evitan las interferencias. Aso mismo un filtro en el receptor de radio se encarga de dejar pasar únicamente la señal esperada en la frecuencia asignada.
Banda Ancha: Es el usado por la mayor parte de los sistemas sin cable. Se consume más ancho de banda pero la señal es más fácil de detectar. El receptor conoce los parámetros de la señal que se ha difundido. En caso de no estar correcta la señal aparece como ruido de fondo, existen dos tipos:
FHSS (Frecuency Hopping Spread Spectrum):
Salto de Frecuencia (FH) Es un sistema basado en multiplexar la infirmación a trasmitir en distintos saltos de frecuencia sobre un mínimo de 15 canales. El emisor salta de una frecuencia a otra aparentemente aleatoria. Por ejemplo el trasmisor puede saltar a los canales 5 al 12 y luego al 7. Solo el receptor que siga la misma secuencia de saltos del emisor puede recibir la comunicación. Como los trasmisores tienen secuencia de saltos distintas , es muy difícil que se produzca la colisión. Al ser casi imposible que compartan el mismo canal.
Dado que el mecanismo de trasmisión es analógico al multiplexar en frecuencia, una interferencia en el canal que estemos utilizando obliga a retrasmitir la secuencia completa.
Las velocidades máximas obtenidas en dicho tipo de redes son cercanas a los 1,6 Mbps siendo el rendimiento real cercano al 60% de esta velocidad.
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
Secuencia Directa (DS). En este sistema solo hay un canal con ancho de banda suficiente para trasmitir la infirmación, 22 Mhz. En este caso se utilizan sistemas de modulación digitales QPSK que permiten velocidades de 2 Mbps con un rendimiento cercano al 70 %.
Para solucionar el problema de las interferencias, el sistema divide cada bit en 11 subits denominados chips. Por cada carater a enviar 8 bits se emiten 8 X 11 = 88 Chips. Con esta redundancia se compensa el problema de las interferencias. Este proceso se denomina ganancia y permite aumentar el ancho de banda. Hasta 11 Mbps.
La utilización de WLAN se puede acceder a infirmación compartida sin necesidad de buscar un lugar para enchufar el ordenador, y los administradores de la red pueden poner a punto o aumentar la red sin instalar o mover cables. Como ya se vio en las ventajas expresadas en el idem 1.2
2.9 Factores a considerar a la hora de comprar un sistema inalámbrico
Son varios los factores a considerar a la hora de configurar un sistema inalámbrico, algunos de los aspectos a tener en cuenta son los siguientes:
Cobertura
Rendimiento
Integridad y Fiabilidad
Compatibilidad
Interoperatividad con dispositivos inalámbricos
Interferencia y coexistencia
Licencias.
Simplicidad y Facilidad de uso
Escalabilidad
Seguridad.
Los infrarrojos son ondas electromagnéticas que se propagan en linea recta, siendo
Susceptibles de ser interrumpidas por cuerpos opacos.
Utilizan el principio del transreceptor
Su uso no precisa licencias administrativas y no se ve afectado por interferencias
Radioeléctricas externas.
Pueden alcanzar distancias de 200 metros entre cada emisor y receptor.
InfraLAN es un ejemplo , compatible con redes Token Ring.
La tecnología de infrarrojo alcanza una velocidad de trasmisión de 100 Kbps
Soporta distancias de 16 Km reduciendo la distancia a 1.6 Km
Su gran desventaja es que son afectadas por el clima, interferencia atmosférica mientras que dan una ventaja que son inmunes contra el ruido.
Existen 3 tipos de radiación en infrarrojo a saber:
a. Punto a Punto
b. Cuasi_Difuso
c. Difuso
a. Punto a Punto
Los patrones de radiación del emisor y receptor deben estar en una distancia lo mas cerca posible, para que su alienación sea correcta, consume menor poder óptico, no deben haber obstáculos entre las dos estaciones
b. Cuasi_Difuso
c. Difuso
Son de emisión radial, o sea que cuando una estación emite una señal óptica, esta puede ser recibida por todas las estaciones al mismo tiempo, el modo Cuasi_Difuso las estaciones se comunican entre sí, por medio de superficies reflejantes, no es necesario la linea de vista, pero si deben estarlo con la superficie de reflexión.
En el modo difuso, el poder de salida de la señal óptica de una estación debe ser suficiente para llenar completamente el total del cuarto, mediante múltiples reflexiones, en paredes y obstáculos del cuarto.
Los sistemas infrarrojos son relativamente simples. Utilizan la misma señal de frecuencias usadas sobre enlaces de fibra óptica. Detectan sólo la amplitud de la señal y por tanto reducen en gran parte la interferencia. No tienen ancho de banda limitado, por tanto, pueden ejecutar velocidades de transmisión mayores. La transmisión opera en el espectro de Luz.
Dos tipos de IR-LAN
Trans. Dirigidas ó Trans. Omnidireccional
Dirigida:
Permite transmisión en rango de un par de kilómetros.
Permite ser usada al aire libre.
Ofrece el max throughput.
Omnidireccional:
Todas las direcciones.
Reduce la cobertura en 10-20 mts
Desventajas:
El espectro de transmisión se comparte con otras fuentes de luz, mucha interferencia, linea de vista libre de obstáculos, no penetra objetos opacos.
Una red inalámbrica presta esencialmente el mismo servicio que una red cableada tradicional. Sin embargo, la carencia de un cable hace a la red mucho más flexible. La relocalizacion de un nodo es inmediata. A diferencia del trabajo que implica mover un nodo de una red convencional.
Una red inalámbrica también es una ventaja cuando la disposición física de un sitio hace imposible la instalación del cableado. Las redes inalámbricas son particularmente apropiadas parala utilización de computadores portátiles o dispositivos de telemetría, lo cual permite movilidad sin sacrificar las ventajas de estar conectado a una red.
Los sistemas de radio frecuencia deben emplear tecnologías de espectro disperso.
Actualmente, es de dos tipos:
Espectro disperso con código de secuencia directo (DSSS)
Espectro disperso con salto de frecuencia (FHSS)
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
La señal de transmisión se dispersa sobre una banda determinada (por ejemplo 25 MHz)
Se utiliza una cadena binaria aleatoria para modular la señal transmitida. La cadena aleatoria se llama: "Código de Dispersión"
El número de chips que representan un bit forman el: Cociente de Dispersión. A mayor cociente de dispersión la señal es más resistente a interferencias. A menor cociente de dispersión, mayor ancho de banda disponible para el usuario. Ejemplos de productos DSSS
Digital’s RoamAbout. NCR’s WaveLAN
Frequency Hopping Spread Spectrum
Esta técnica divide la banda en pequeños sub-canales (1MHz). La señal salta de un sub-canal a otro transmitiendo pequeñas ráfagas de datos en cada canal por un periodo de tiempo, llamado "tiempo de vida". La secuencia de los saltos debe ser sincronizada en el emisor y receptor, de lo contrario se pierde la información. El tiempo de vida no mayor de 400 ms. FH es menos susceptible a interferencia debido a que la frecuencia está en cambios constantes. Varias FHSS LAN pueden compartir la banda de frecuencias si se emplean secuencias de salto ortogonales. Ejemplos de productos con tecnología de Salto de Frecuencia. WaveAccess’s Jaguar, Proxim RangeLAN2, BreezeCom’s BreezeNetPro
Vaya a donde quiera y siga conectado
Referencias Bibliograficas
Alan Freedman, Diccionario de Computación
Telemática y Comunicaciones Escuela Colombiana de Ingeniería
PC Magazine vol II No. 6 Junio de 2000