UNIVERSIDAD VERACRUZANA. Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos. Luis Gerardo Acosta Domínguez. Prof. Rubén A.

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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Contaduría y Administración Estudio sobre esquemas de interconexión de redes Wi-Fi/WiMAX TESINA Para obtener el Título de: Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos Presenta: Luis Gerardo Acosta Domínguez Asesor: Prof. Rubén A. González Benítez Cuerpo Académico: Tecnologías de la Información y las Organizaciones Inteligentes en la Sociedad del Conocimiento Xalapa-Enríquez, Ver. Febrero 2011

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3 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Contaduría y Administración Estudio sobre esquemas de interconexión de redes Wi-Fi/WiMAX TESINA Para obtener el Título de: Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos Presenta: Luis Gerardo Acosta Domínguez Asesor: Prof. Rubén A. González Benítez Cuerpo Académico: Tecnologías de la Información y las Organizaciones Inteligentes en la Sociedad del Conocimiento Xalapa-Enríquez, Ver. Febrero 2011

4 DEDICATORIAS Y AGRADECIMIENTOS En primer lugar quiero agradecer a Dios por haberme dado la salud y fuerza necesarias para terminar mis estudios. En segundo lugar te agradezco a ti madre porque siempre me has apoyado, por tus sacrificios y por tus palabras de amor. También quiero agradecer a todas las personas que me apoyaron de manera incondicional durante el recorrido y hasta la culminación de mi carrera tanto amigos, hermanos y maestros. Finalmente quiero dedicar este trabajo con todo el cariño de mi corazón a todas las personas que ya he mencionado. GRACIAS!!!

5 ÍNDICE RESUMEN... 1 INTRODUCCIÓN... 2 CAPÍTULO I.MARCO REFERENCIAL Objetivo Justificación Metodología Aportación Reseña de capítulos CAPÍTULO II. REDES Wi-Fi Capítulo 2.1 Redes Wi-Fi Redes inalámbricas Redes WLAN El estándar Subcapa MAC Capa PHY Dispositivos de red Wi-Fi CAPÍTULO III. REDES WiMAX Capítulo 3.1 Redes WiMAX Redes WMAN El estándar Capa MAC Capa PHY Dispositivos de red WiMAX CAPÍTULO IV. OPEN HARDWARE PARA REDES INALÁMBRICAS Capítulo 4.1 Open Hardware para redes inalámbricas Definición Proyecto Openmoko Proyecto Fonera CAPÍTULO V. PROPUESTAS DE INTERCONEXIÓN DE REDES Wi-Fi/WiMAX 83 Capítulo 5.1 Propuestas de interconexión de Redes Wi-Fi/WiMAX Chipsets Wi-Fi/WiMAX II

6 5.3 Propuestas específicas CONCLUSIONES FUENTES DE INFORMACIÓN ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS III

7 RESUMEN El presente trabajo recepcional es un estudio acerca de las tecnologías involucradas con la Red Estatal del Conocimiento de Veracruz, que es parte de un proyecto del Gobierno Federal (Redes Estatales para Salud, Educación y Gobierno), quien a través de la COFETEL y la Cámara de Diputados libero la banda de 3.3GHz para dicho proyecto. Actualmente la mayor parte de dispositivos trabajan con Wi-Fi (2.4 GHz), por lo cual, en este trabajo se incluyen unas propuestas de interfaz realizadas con hardware libre, para la interconexión de la red WiMAX en la banda de 3.3 GHz con las redes Wi-Fi en la banda de 2.4 GHz. 1

8 INTRODUCCIÓN

9 México enfrenta retos muy importantes en materia educativa, la cobertura de educación primaria es casi universal, pero no así la de educación secundaria, media y media superior. Por su parte, la eficiencia terminal es aún baja. No obstante lo anterior, el principal reto que enfrenta nuestro sistema educativo es el de la calidad, esto se ha reflejado con toda claridad en los resultados de la prueba ENLACE. La nueva era de la información y la comunicación ha forzado el cambio de los ambientes rutinarios de aprendizaje, por otros caracterizados por la innovación constante. El proceso educativo demanda nuevas estructuras, habilidades y competencias en el manejo de la información y, por lo tanto, en los procesos de adquisición, transmisión, selección y utilización de la misma. En México existe una brecha digital enorme que está creando un nuevo tipo de segregación social y económica basada en la información. Mientras la gente que tiene o puede tener acceso a la tecnología es cada día más sofisticada en términos de su involucramiento tecnológico (utilizando agendas electrónicas, teléfonos celulares con acceso a Internet, computadoras portátiles, entre otros), la gente que no tiene acceso a ella, se está quedando atrás al estar menos informada, menos calificada en habilidades relacionadas con la tecnología. Esta situación es una amenaza que puede agravar las diferencias sociales y económicas entre personas y empresas que actualmente existen en México. (S.C.T., 2002) De acuerdo con el comunicado Núm. 413/10 del INEGI en México solo 6.3 millones de hogares cuentan con conexión a internet, lo cual representa 22.2% del total en México, lo que implica un crecimiento del 22.9% respecto de La encuesta estimó también un total de 8.4 millones de hogares equipados con computadora, que corresponden al 29.8% del total de hogares. Esta cifra expresa un incremento del 13.2% respecto de la encuesta en el año anterior. (INEGI, 2010) 3

10 La tendencia internacional en el uso de las tecnologías de la información en apoyo a los procesos educativos es cada vez mayor. Para ello hay necesidad de transformaciones profundas en la infraestructura de trasmisión de datos, en las nuevas tecnologías de la educación, basadas sobre todo en la creación y utilización de software especializado y, particularmente, el creciente uso, en todo el mundo, de sistemas de educación en línea, que permiten ofrecer una gran variedad de opciones de educación media superior y superior, adaptables a diferentes horarios, ritmos de aprendizaje y variedad de contenidos. Todo ello aprovechando las oportunidades que presenta el acceso a Internet, donde una persona puede utilizar estas ventajas aún en los lugares más remotos, con lo cual se genera de manera casi automática una ampliación de la cobertura educativa, y se amplían las condiciones de mayor equidad en el servicio, todo ello a través de la construcción de una infraestructura de comunicación y el desarrollo de técnicas adecuadas para su uso. Es por todo esto que el Gobierno Federal a través de la SCT (Secretaria de Comunicaciones y Transportes) desarrolla un proyecto basado en tecnologías inalámbricas como WiMAX para crear redes estatales de banda ancha, que no sólo habiliten la infraestructura de comunicaciones, sino que sean capaces de generar un modelo de aprovechamiento y soporte. En un comunicado, la dependencia federal destaca que este plan es parte de una serie de acciones del Sistema Nacional e-méxico para fortalecer el acceso comunitario a las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones (TIC). El objetivo, es aprovechar los esfuerzos e infraestructura existentes para generar economías de escala y velocidad en el despliegue de los proyectos, en beneficio de los sistemas de educación y salud. (Barrera, M. 2008) Esta tecnología permite a la población contar con una serie de servicios y contenidos globales, en los que al ciudadano se le transfiere el poder de disponer 4

11 de ellos en un entorno de libertad, en tiempo y lugar. Para poder realizar este proyecto la COFETEL (Comisión Federal de Telecomunicaciones), emitió en agosto de 2008, una resolución mediante la cual se define un canal de 50 MHz en la banda de MHz, a fin de llevar a cabo el proyecto denominado Redes Estatales para la Educación, Salud y Gobierno. (Gonzales, J. 2008) Existen diversas soluciones inalámbricas que pueden operar en la banda de GHz, sin embargo debido a la incompatibilidad y a los costos elevados de dichos dispositivos, la inversión del Gobierno seria más elevada, así que se sugiere la creación de un dispositivo basado en Hardware Libre. Para el caso particular de Veracruz, los servicios de conectividad para los planteles escolares, sobre todo para los planteles rurales, que representan el 67% de las escuelas del estado, son muy limitados y costosos, si consideramos que en muchos casos la única opción de conectividad es el satélite, por tanto resulta de sumo interés para el estado el desarrollo de infraestructura y esquemas de conectividad que aprovechen los avances tecnológicos y ofrezcan servicios de alta calidad a costos razonables. (FOMIX, 2009) En el estado de Veracruz ya se esta desarrollando el proyecto llamado Red Estatal de Conocimiento, donde se pretende dotar de infraestructura necesaria para proveer de conectividad a las redes de Internet a cerca de 730 escuelas en el estado con tecnología WiMAX, además de sentar las bases del Back Bone inalámbrico estatal que hará posible integrar todos estos centros en una sola red informática. Cabe mencionar que el tipo de frecuencia que expandirá el Gobierno del Estado con la tecnología WiMAX es de 3.3 GHz, así que el problema a corto plazo es: Cómo tratan de expandir internet inalámbrico a las escuelas si las computadoras personales actuales cuentan con chips integrados que trabajan en la banda de frecuencia de 2.4 GHz? 5

12 Debido a lo anterior, surge la necesidad de llevar a cabo un router inalámbrico, el cual pueda recibir la señal WiMAX y expandir con la señal Wi-Fi para que las computadoras, celulares inteligentes entre otros dispositivos puedan contar con Internet. Es por ello que el objetivo de este trabajo es diseñar una propuesta de interfaz para la interconexión de redes Wi-Fi a una red WiMAX en la banda de 3.3 GHz, brindando Internet sin necesidad de adquirir tarjetas o dispositivos que trabajen en esa banda, mediante hardware libre para que en un futuro muy próximo se realice la implementación y evaluación de este dispositivo. 6

13 CAPÍTULO I.MARCO REFERENCIAL

14 1.1 Objetivo Objetivo general Diseñar una propuesta de interfaz para la interconexión de redes Wi-Fi a una red WiMAX en la banda de 3.3 GHz, brindando internet sin necesidad de adquirir tarjetas o dispositivos que trabajen en esa banda. Objetivos específicos Realizar propuestas de diseño de interfaz del router inalámbrico utilizando open hardware. Descifrar como podrían trabajar las dos tecnologías que se utilizarán para este proyecto. 1.2 Justificación La modalidad de tesina me ofrece la oportunidad de estudiar, analizar y dar una propuesta de un diseño de una interfaz capaz de recibir la banda de frecuencia de 3.3 GHz (WiMAX) para interconectar Wi-Fi en su banda de frecuencia de 2.4 GHz, esta investigación se enfocara sobre todo en lo que se refiere a su capa de radio, ya que en este nivel es que se presenta el principal cuestionamiento relacionado a la temática del mismo. Es necesario saber que las redes Wi-Fi comunican, dependiendo la versión del estándar en las bandas de 2.4 y 5 GHz Por otro lado, las redes WiMAX pueden comunicar en las bandas de 2.4, 3.3, 3.5 y 5 GHz. 8

15 Así que con la terminación de este trabajo se darán propuestas para el desarrollo de dicha interfaz, que el gobierno del estado podría tomar en cuenta para el proyecto Red Estatal del Conocimiento, brindando posibilidades de interconexión entre ambas tecnologías y una propuesta de ruta a seguir para el desarrollo tecnológico de dispositivos de interconexión entre ambas tecnologías, principalmente hablando de Wi-Fi de 2.4 GHz y WiMAX de 3.3 GHz, ya que son las involucradas de cara a la implementación del proyecto. Finalmente espero con esta tesina reforzar mis conocimientos adquiridos durante la acreditación de cada una de las experiencias educativas de mi licenciatura, para así ser un profesionista más capaz. 1.3 Planteamiento del problema El problema con el que actualmente cuenta la(s) empresa(s) que llevaran a cabo el proyecto es como repartir internet inalámbrico a los usuarios que se encuentren dentro de la cobertura WiMAX de la Red Estatal de Conocimiento teniendo en cuenta que las dos tecnologías que utilizarán son en su principio casi iguales ya que son microondas por las que transmiten los datos, pero en su arquitectura llevan diferentes frecuencias de radiación las cuales hacen la diferencia. Desde este punto empezaré a trabajar en unas propuestas de diseño inteligente de un router inalámbrico que trate de solventar esta problemática, conociendo al 100% las tecnologías que utilizaré tales como redes Wi-Fi, redes WiMAX y hardware libre (open hardware) que con esto conlleve a su estudio. 1.4 Metodología 1. Recopilación de información. 2. Revisión del estado del arte relacionado al tema. 3. Análisis de las capas radio y su posibilidades de interconexión. 9

16 4. Establecimiento de la ruta a seguir o propuesta de desarrollo tecnológico. 5. Redacción de trabajo recepcional. 1.5 Aportación Con el presente trabajo se espera alcanzar un avance en el diseño de los dispositivos necesarios para la interconexión de Wi-Fi en su banda de 2.4 GHz con WiMAX en su banda 3.3 GHz. Es por ello que en el capítulo cinco se darán a conocer propuestas para la interconexión de dichas tecnologías, para su posterior análisis, evaluación e implantación. 1.6 Reseña de capítulos En la presente tesina se realizan propuestas de diseño de un dispositivo para la interconexión de Wi-Fi con WiMAX por medio de hardware libre, pero para ello se debe conocer las tecnologías involucradas así que se comienza en el segundo capítulo, conociendo Wi-Fi su evolución con el paso del tiempo y como ha ido tomando fuerza en la sociedad por todos los beneficios que brinda. También en este segundo capítulo se describe como es que funciona en los niveles físico y de subcapa MAC, ya que son los que nos interesan para la elaboración de dichos diseños y finalmente se describe cuales son los dispositivos usados para el funcionamiento de dicha tecnología. En el capítulo tres se estudia la tecnología WiMAX, este capítulo esta estructurado de la misma forma que el capítulo dos, primero conociendo la evolución de esta tecnología y como es que, más que ser un competidor complementa a Wi-Fi, finalmente se describe como es que funciona en el nivel físico y el nivel de la subcapa MAC. Posteriormente el capítulo cuatro se estudia como es que surgió el hardware libre, 10

17 así como su definición y su evolución. En este capítulo también se mencionan y explican tres importantes proyectos de hardware libre: Openmoko, Bugwifi y Fonera. Finalmente en el capítulo cinco después de haber estudiado dispositivos para la interconexión de Wi-Fi (2.4 GHz) con WiMAX (3.3 GHz), se encuentran las propuestas de los diseños de dispositivos de mejor funcionamiento y menor costo. 11

18 CAPÍTULO II. REDES Wi-Fi

19 Capítulo 2.1 Redes Wi-Fi Wi-Fi son las siglas de Wireless Fidelity (Fidelidad Inalámbrica), es el nombre comercial que se le da a la comunicación de área local, mediante ondas de frecuencia, esta se encuentra regulada por especificaciones de las diversas generaciones del estándar IEEE (Ethernet inalámbrica).esta tecnología fue registrada por la Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA, Alianza de Compatibilidad Ethernet Inalámbrica). Actualmente Wi-Fi es utilizado para el acceso ha internet, aunque fue pensado para redes locales. Este estándar usa bandas frecuenciales que no necesitan licencia lo que ha facilitado su penetración en el mercado. Sin embargo, aun es un estándar que no garantiza calidad de servicio (QoS), no brinda mayor seguridad a la información que trasmite y probé un ancho de banda que solo consigue obtener velocidades brutas de transmisión limitadas, de 54 Mbps. (Alvear y Col. 2006) Figura 2.1 Logotipo de certificación Wi-Fi (Recuperado el 15 de septiembre de 2010 de En la actualidad la tecnología Wi-Fi, es una de las tecnologías líder en la comunicación inalámbrica, ya que ofrece muchos beneficios de los cuales se hablara más adelante, es común ver que en los hogares se tenga un modem inalámbrico. 13

20 Puesto que las tarjetas para red inalámbricas ya vienen incluidas en las Laptops, teléfonos móviles, y en el caso de las computadoras de escritorio se puede adquirir algún adaptador para red inalámbrica, el cual es conectado a un puerto USB o un puerto PCI. Wi-Fi usa como sello distintivo el certificado de interoperabilidad que aparece como logotipo (Figura 2.1) en los productos comprobados. Por lo general Wi-Fi es una tecnología usada para brindar conexión a Internet en una zona controlada, concreta y que no abarca grandes distancias, hay muchos ejemplos de lugares donde se cuenta con este servicio como son: plazas, cafés, universidades. En Wi-Fi un punto de acceso inalámbrico (access point), transmite y recibe datos a través de ondas de radio y los equipos remotos, que cuentan con un transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso, se comunican con él como se muestra en la figura 2.2. Figura 2.2 Diagrama de una red Wi-Fi fuente: Viloria y col. (2009) El punto de acceso inalámbrico se conecta a un módem que se comunica de manera cableada con el núcleo de la red. Por cuestiones de seguridad, mediante 14

21 un esquema llamado WEP (Wired Equivalent Privacy), los datos reciben un tratamiento criptográfico con códigos de 128 bits y solo los usuarios con contraseña pueden acceder a la red. Hoy en día, se utiliza un esquema más robusto llamado WPA: Wi-Fi Protected Access (ver figura 2.2). Wi-Fi es una tecnología de área local que alcanza tasas de transmisión de hasta 54 Mbps en un canal de 20 MHz en la banda de 2.4 GHz (banda no licenciada) y opera con modulaciones PSK, QPSK y multiplexación OFDM. Es una plataforma bastante escalable y de fácil instalación. Sin embargo, no garantiza calidad de servicio (QoS), ni brinda mayor seguridad a la información que se transmite. (Viloria y col., 2009) Hasta la fecha ha habido cuatro generaciones de Wi-Fi de productos disponibles, y más estándares en las obras para agregar futuras características, un mejor rendimiento y seguridad. Cada generación se define por un conjunto de características que se relacionan con el rendimiento, la frecuencia y ancho de banda. Cada generación también promueve mejoras en la seguridad y puede incluir otras características que los fabricantes pueden decidir aplicar. Tecnología Wi-Fi Banda de Frecuencia Ancho de banda a 5 GHz 54 Mbps b 2.4 GHz 11 Mbps g 2.4 GHz 54 Mbps n 2.4 GHz, 5 GHz, 2.4 ó 5 GHz (Seleccionable) o 2.4 y 5 GHz (Concurrente) 450 Mbps Tabla 2.1 Generaciones Wi-Fi (Recuperado el 20 de septiembre de 2010 de 15

22 El módulo fundamental de la arquitectura de Wi-Fi es la célula, que se define como una zona dentro de la cual pueden interconectarse vía radio los terminales o estaciones cliente, (STA). Para el estándar se definen tres modelos de arquitectura posibles: el modo infraestructura, modo ad-hoc y un modo que combina las dos anteriores. Dependiendo de la arquitectura elegida, la célula puede, además, contener un punto de acceso (AP), que conecte la red inalámbrica a la red fija. Si existe uno, la célula estará gobernada por éste y actuará como estación base con capacidad de gestión del tráfico y los accesos, y por su naturaleza se puede comunicar con otras células o con redes fijas. En la actualidad el modelo de arquitectura más usado es el modelo infraestructura (figura 2. 2), que funciona con un punto de acceso inalámbrico que transmite y recibe datos, a través de ondas de radio a los equipos remotos, que cuentan con un transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso. 2.2 Redes inalámbricas Debido a la forma de vida actual tan vertiginosa gran parte de la comunicación ha tenido que prescindir de los cables para convertirse en comunicación inalámbrica, los sistemas inalámbricos o Fixed-Wireless. La comunicación inalámbrica es aquella que no requiere de cables, utiliza ondas electromagnéticas como medio de transmisión de la información, que viaja a través del canal inalámbrico enlazando los diferentes equipos o terminales móviles asociados a la red. Estos enlaces se implementan básicamente a través de tecnologías de microondas y de infrarrojos. Se pueden utilizar para prácticamente cualquier aplicación también realizada sobre cable, tanto si el cable es un circuito T1, un cable de televisión, de Ethernet o de fibra óptica. De hecho, los sistemas inalámbricos están diseñados para emular las conexiones de cable, hasta el punto en que se utilizan en ambas, algunas interfaces y protocolos como T1, Frame Relay, Ethernet o ATM. (Jiménez, A. 2008) 16

23 Los tipos de redes inalámbricas que hay son las que a continuación se definen, esta clasificación es en base del espacio territorial cubierto por las redes de comunicación. WPAN (Wireles Personal Area Network): La Red inalámbrica de área personal, es la que se utiliza para facilitar la comunicación con dispositivos periféricos situados en un entorno de unos 10 m. WLAN (Wireles Local Area Network): La Red inalámbrica de área local, se utiliza para acceso nómada o móvil a redes corporativas e Internet dentro de un edificio o en áreas limitadas a unos pocos centenares de metros. WMAN (Wireles metropolitan area network): La Red inalámbrica de área metropolitana, es una red de alta velocidad (banda ancha) que dando cobertura en un área geográfica extensa, proporciona capacidad de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo. WWAN (Wireles Wide Area Networks): La Red inalámbrica de área extendida, tienen un alcance global que facilita el acceso y el encaminado a redes móviles, con total movilidad y garantía de nivel de QoS. Las redes inalámbricas en la actualidad han venido poco a poco tomando mayor auge ya que ofrecen grandes beneficios como la movilidad, la comodidad al presidir de cable para conectarse a la red y finalmente el beneficio económico, por eso son usadas para zonas no consolidadas (imposible llegar con cable o muy caro), en las que se tiene que optar por soluciones intermedias inalámbricas: LMDS, WiMAX, o VSAT+Wi-Fi. Según Tanenbaum S. (2003) como primera aproximación, las redes inalámbricas se pueden dividir en tres categorías principales: 1.- Interconexión de sistemas. 2.- LAN inalámbricas. 17

24 3.- WAN inalámbricas. La interconexión de sistemas se refiere a la interconexión de componentes de una computadora e impresora, que utiliza radio de corto alcance (por ejemplo Bluetooth). Las LAN inalámbricas son redes de baja velocidad, en los que cada computadora tiene un modem de radio y una antena mediante los cuales se puede comunicar con otros sistemas. Existe un estándar para las LAN inalámbricas, llamado IEEE Las WAN inalámbricas son redes de área amplia con alto ancho de banda y el estándar de estas redes es el IEEE Figura 2.3 Cobertura de los estándares inalámbricos (Recuperado el 20 de Septiembre de 2010 de 18

25 Los estándares de las diferentes tecnologías inalámbricas se muestran en la (figura 2.3), el estándar para Wi-Fi es , para UWB o Bluetooth es el , para WiMAX es el estándar y para la tecnología 3G es el estándar IMT Algunas de las ventajas de las redes inalámbricas son las siguientes: 1.- Rápidas: Son más rápidas y sencillas de construir que una red cableada. 2.- Económicas: La inversión inicial requerida para una red inalámbrica puede ser más alta que el costo en hardware de una red cableada, pero la inversión de toda la instalación y el costo del ciclo de vida puede ser significativamente inferior. 3.- Ubicuidad: las redes inalámbricas proporcionan acceso a la información en tiempo real, desde cualquier lugar del área de cobertura, sin cables y con cierta movilidad posible. (Jiménez, A. (2008) 4.- Flexibles: para reconfigurar la red de forma sencilla. 5.- Escalables: Es fácil la incorporación de nuevos usuarios y el despliegue con diversas topologías. (Jiménez, A. 2008) Sin embargo así como tienen muchas ventajas las redes inalámbricas también tienen algunas desventajas de las redes inalámbricas son: 1.- Son susceptibles al medio ambiente. 2.- Interferencias con redes próximas por selección de frecuencias iguales o cercanas, o con otros servicios radioeléctricos por compartir una misma zona del espectro. 3.- Potencia de emisión reducida que limita la cobertura. 4.- Pequeña anchura de banda que proporciona pocos canales. 5.- Tienen una seguridad limitada. (Jiménez, A. 2008) 19

26 2.3 Redes WLAN Una red de área local inalámbrica puede definirse, como a una red de alcance local que tiene como medio de transmisión el aire utilizando ondas electromagnéticas, como medio de transmisión de la información que viaja a través del canal inalámbrico enlazando los diferentes equipos o terminales móviles asociados a la red, y que cubre un entorno geográfico limitado, con una velocidad de transferencia de datos relativamente alta (mayor o igual a 1 Mbps tal y como especifica el IEEE), con baja tasa de errores y administrada de forma privada. (García, N. 2006) El atractivo fundamental de este tipo de redes es la facilidad de instalación y el ahorro que supone la supresión del medio de transmisión cableado, por tecnologías de microondas y de infrarrojos. Aún así, debido a que sus prestaciones son menores en lo referente a la velocidad de transmisión, que se sitúa entre los 2 y los 10 Mbps frente a los 10 y hasta los 100 Mbps ofrecidos por una red convencional, las redes inalámbricas son la alternativa ideal para hacer llegar una red tradicional a lugares donde el cableado no lo permite. En lo que respecta a la potencia máxima de emisión, engloba la potencia de la tarjeta Wi-Fi, la ganancia de la antena y las perdidas de cable y conectores. El límite legal de energía irradiada (EiRP), para WLAN es generalmente 100mW (= +20dBm) pero depende de las regulaciones del país. Las aplicaciones más típicas de las redes de área local que podemos encontrar actualmente son las siguientes: 1.-Implementación de redes de área local en edificios históricos, de difícil acceso y en general en entornos donde la solución cableada es inviable. 2.- Redes locales para situaciones de emergencia o congestión de la red cableada. 20

27 3.-Estas redes permiten el acceso a la información mientras el usuario se encuentra en movimiento. Habitualmente esta solución es requerida en hospitales, fábricas y almacenes. 4.-Generación de grupos de trabajo eventuales y reuniones ad-hoc. En estos casos no valdría la pena instalar una red cableada. Con la solución inalámbrica es viable implementar una red de área local aunque sea para un plazo corto de tiempo. 5.- En ambientes industriales con severas condiciones ambientales este tipo de redes sirve para interconectar diferentes dispositivos y máquinas. Como ya se menciono anteriormente las LAN inalámbricas pueden funcionar en una de dos configuraciones disponibles, con una estación base (punto de acceso) y sin una estación base. El punto de acceso es el elemento que tiene la capacidad de gestionar todo el tráfico de las estaciones y que puede comunicarse con otras celdas o redes. Es un puente que comunica a nivel 2 (enlace) los equipos, tanto de su celda de cobertura, como a otras redes a las cuales estuviese conectado. A esta configuración se le denomina Grupo de Servicio Básico BSS ( Basic Service Set ). El BSS es, por tanto, una entidad independiente que puede tener su vinculación con otros BSS a través del punto de acceso mediante un Sistema de Distribución (DS, Distribution System ). El DS puede ser interrogado para comunicar el BSS con una red externa, el DS inalámbrico, se denomina Sistema de distribución inalámbrica ( Wireless Distribution System ). Sobre este concepto básico surge una serie de alternativas: 1.- BSS independiente (IBSS, Independent Basic Service Set ): Es una celda inalámbrica en la cual no hay sistema de distribución y, por tanto, no tiene conexión con otras redes. 21

28 2.- Modo Ad-hoc: Es una variante del IBSS en el cual no hay punto de acceso. Las funciones de coordinación son asumidas de forma aleatoria por una de las estaciones presentes. El tráfico de información se lleva a cabo directamente entre los dos equipos implicados, sin tener que recurrir a una jerarquía superior centralizadora, obteniéndose un aprovechamiento máximo del canal de comunicaciones. La cobertura se determina por la distancia máxima entre dos equipos, la cual suele ser apreciablemente inferior a los modos en que hay un punto de acceso. Es un modo de empleo infrecuente por las connotaciones de aislamiento que conlleva aunque puede ser muy útil cuando el tráfico existente se reparte entre todos los equipos presentes. 3.- Modo infraestructura. El punto de acceso realiza las funciones de coordinación. Todo el tráfico tiene que atravesarlo, por lo que hay una clara pérdida de eficiencia cuando dos estaciones dentro de un mismo BSS desean comunicarse entre sí (los paquetes de información son enviados una vez al punto de acceso y otra vez al destino). Es una arquitectura apropiada cuando la mayor parte del tráfico se origina o finaliza en las redes exteriores a las cuales está conectado el punto de acceso. La cobertura alcanza una distancia cercana al doble de la distancia máxima entre punto de acceso y estación. Es el modo que se emplea habitualmente para conectar una red inalámbrica con redes de acceso a Internet (ADSL Asymmetrical Digital Subscriber Line, RDSI Red Digital de Servicio Integrados ) y redes locales de empresa BSS extendido (ESS, Extended Service Set ). Es un caso específico del modo infraestructura, representado por un conjunto de BSS asociados mediante un sistema de distribución. Esto permite una serie de prestaciones avanzadas opcionales como el roaming entre celdas. Para poder identificar de manera inequívoca a las celdas inalámbricas se les asigna un nombre de red consistente en una cadena con longitud máxima de 32 caracteres denominado (Service Set Identifier), SSID. Para poder agregarse a una determinada celda es requisito indispensable que el equipo tenga en su 22

29 configuración interna el mismo SSID. Si se desea que la estación se conecte a cualquier celda inalámbrica presente, se deberá poner como parámetro ANY. Inmediatamente el equipo analizará todas las celdas que están presentes y se conectará a una de ellas adoptando su SSID, generalmente con el criterio de la que mayor nivel de señal posea. (COIT) 2.4 El estándar El estándar establece los niveles inferiores del modelo OSI para las conexiones inalámbricas que utilizan ondas electromagnéticas. Existen diferentes extensiones para el estándar , actualmente regulados por el IEEE (Instituto de Ingenieros Electrónicos y Eléctricos), a continuación se describen: IEEE Este fue el primero de los estándares definidos por la IEEE para aplicaciones WLAN, y fue publicado en Funciona sobre la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) o, en terminología española, ICM (Industrial Científica y Médica) de 2,4 GHz y utiliza dos tipos de modulación: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) y FHSS (Frequency Hopped Spread Spectrum). (Engst A. & Fleishman G. 2003) a (Wi-Fi5) En 1999 se aprueba el a. Este estándar opera en la frecuencia de 5 GHz y alcanza una velocidad máxima de 54 Mbps o alrededor de 25 Mbps de velocidad real. La técnica de modulación de radio que utiliza a es la clave de sus mayores velocidades y eficiencia en la prestación. Sin embargo, la frecuencia de 5 GHz tan sólo alcanza una distancia de 30 metros, frente a los 100 metros de la frecuencia de 2.4 GHz. Además presenta claros problemas de interferencias, sobre todo en E.U.A., ya que los sistemas militares de defensa ocupan esta misma frecuencia y saturan el espectro. (Engst A. & Fleishman G. 2003) 23

30 802.11b Consciente de la necesidad de conseguir mayores velocidades de transmisión de datos, IEEE ratificó en 1999 el estándar b, también conocido como High Rate. Este estándar es el más utilizado actualmente, dispone de un nuevo método de selección de frecuencias por secuencia directa (DS). Tiene una velocidad máxima de transmisión de 11Mbit/s y utiliza la banda de frecuencia de 2.4 GHz. Otros datos a tener en cuenta sobre este estándar es el soporte para tres canales sin solapamiento y su reducido nivel de consumo, que le hace perfectamente válido para su uso en PCs portátiles o PDAs. En cuanto a las distancias a cubrir, dependerá de las velocidades aplicadas, del número de usuarios conectados, del tipo de antenas y amplificadores que se puedan utilizar. Aún así, se podrían dar unas cifras de alrededor de 120m. (A 11 Mbps) y 460m. (A 1 Mbps) en espacios abiertos, y entre 30m (A 11 Mbps) y 90m (A 1 Mbps) en interiores, dependiendo lógicamente del tipo de materiales que sea necesario atravesar. (Engst A. & Fleishman G. 2003) c Este estándar no ofrece ningún interés específico. Es solamente una versión modificada del estándar 802.1d, que permite combinar el 802.1d con dispositivos compatibles (en el nivel de enlace de datos) d Es un complemento del estándar que está pensado para permitir el uso internacional de las redes locales. Permite que distintos dispositivos intercambien información según el país de origen del mismo e Su propósito es mejorar la calidad del servicio en el nivel de la capa de enlace de datos. El objetivo del estándar es definir el ancho de banda y el retardo de transmisión de los paquetes para permitir mejores transmisiones de audio y video. 24

31 802.11f Este estándar permite a los proveedores de puntos de acceso que los productos sean más compatibles, utiliza el protocolo IAPP con el cual el usuario puede cambiarse claramente de un punto de acceso a otro, mientras está en movimiento sin importar qué marcas de puntos de acceso se usan en la infraestructura de la red. También se conoce a esta propiedad simplemente como itinerancia. (García, N., 2006) g En el año 2002 se aprueba el g con un índice de transmisión de datos de 54 Mbps, lo que permite dar servicio a 4 ó 5 veces más de usuarios, y extender el uso de las redes a servicios bastante demandados como la transmisión inalámbrica de vídeo-multimedia y la difusión de MPEG. Trabaja con la frecuencia de 2.4 MHz y las unidades g podrán trabajar también a velocidades de 11 Mbps, de modo que los dispositivos b y g puedan coexistir bajo la misma red. Es capaz de utilizar dos métodos de modulación (DSSS y OFDM). Al soportar ambas codificaciones, este nuevo estándar es capaz de incrementar notablemente la velocidad de transmisión, pudiendo llegar hasta los 54 Mbps que oferta la norma a, aunque manteniendo las características propias del b en cuanto a distancia, niveles de consumo y frecuencia utilizada. De este modo, la mayor bondad de esta nueva norma es el incremento de velocidad manteniendo una total compatibilidad con el estándar Wi-Fi, permitiendo la coexistencia entre ambos estándares en una misma instalación, algo realmente significativo si tenemos en cuenta la importancia de la base instalada. (García, N. 2006) h El objetivo del estándar h es unir el estándar con el europeo (HiperLAN 2, de ahí la h de h) y cumplir con las regulaciones europeas relacionadas con el uso de las frecuencias y el rendimiento energético. 25

32 802.11i Está destinado a mejorar la seguridad en la transferencia e datos. Este estándar se basa en la AES (Estándar de Cifrado Avanzado) y puede sintetizar transmisiones que se ejecutan en las tecnologías a, b y g j Se utiliza para la regulación japonesa, lo que el h es para Europa k Permite a los conmutadores y puntos de acceso inalámbricos calcular y valorar los recursos de radiofrecuencia de los clientes de una red WLAN, mejorando así su gestión. Está diseñado para ser implementado en el software, en el caso del equipamiento WLAN, sólo requiere ser actualizado n En enero de 2004, el IEEE anunció la formación de un grupo de trabajo (Tgn) para desarrollar una nueva versión del estándar La velocidad real de transmisión podría llegar a los 600 Mbps y debería de ser hasta 10 veces más rápida que una red bajo los estándares a y g, y cerca de 40 veces más rápida que una red bajo el estándar b. A diferencia de las anteriores, Wi-Fi n puede trabajar con 2 bandas de frecuencia 2,4 (la que emplean b y g) y 5GHz (la que usa h). Gracias a ello, n es compatible con dispositivos basados en todas las ediciones anteriores de Wi-Fi. Las principales características del n son: 1.- Usa la nueva tecnología MIMO (Multi-In, Multi-Out) generando canales de trafico simultáneos entre las diferentes antenas de los productos n. 2.- Canales de 20 y 40 Hz (Lo que permite incrementar enormemente la velocidad). 26

33 3.- El uso de las bandas de 2.4 y 5 GHz simultáneamente p Este estándar opera en el espectro de frecuencias de 5.9 GHz, especialmente indicado para automóviles r Conocido también como Fast Basic Service Set Transition, y su principal característica es permitir a la red que establezca los protocolos de seguridad que identifican a un dispositivo en el nuevo punto de acceso antes de que abandone el actual y pase a él s Define la interoperabilidad de fabricantes en cuanto a protocolos Mesh (son aquellas redes en las que se mezclan 2 topologías de las redes inalámbricas: Adhoc y la topología infraestructura) w Aun no es concluido. TGw está trabajando en mejorar la capa del control de acceso del medio IEEE , para aumentar la seguridad de los protocolos de autentificación y codificación. Este estándar podrá proteger las redes contra la interrupción. (García, N. 2006) El estándar es, un conjunto de especificaciones que abarcan todos los aspectos de una red WLAN (figura 2.4). Las especificaciones de nivel físico (802.11a, b y g), definen las técnicas de modulación y el procesamiento de la señal a bajo nivel. Por su parte, la QoS es tratada por e y en i se describen robustos mecanismos de seguridad. Además, h, f y j procuran la interoperabilidad entre los productos de diferentes continentes. Finalmente, 802.1X soporta la autenticación de usuarios. 27

34 Figura 2.4 Especificaciones de la red WLAN (Recuperado el 1 de octubre de 2010 de A continuación (figura 2.5) se muestra una vista parcial de la pila de protocolos del estándar , que más adelante se ira explicando sobre todo la capa física y la capa de enlace de datos que son las que interesan para este proyecto. Figura 2.5 Pila de protocolos del estándar Fuente: Tanenbaum, S. (2003) En el estándar , la subcapa MAC determina la forma en que se asigna el 28

35 canal, es decir, a quien le toca transmitir a continuación. Arriba de dicha subcapa se encuentra la subcapa LLC, cuyo trabajo es ocultar las diferencias entre las variantes 802 con el propósito que sean imperceptibles para la capa de red. El estándar afirma que cada LAN inalámbrica que se apegue a este, debe proporcionar nueve servicios, los cuales se dividen en dos grupos (A y B): A) Se definen cinco servicios de distribución: 1.- Asociación: permite a la estación establecer una conexión con el AP. 2.- Reasociación: se produce cuando una estación se mueve de un AP a otro. 3.- Desasociación: se origina cuando una estación sale del área de cobertura del AP o se apaga. 4.- Distribución: permite al AP enrutar los datos hacia las estaciones. 5.- Integración: maneja el direccionamiento y formato de traducción al estándar requerido, cuando las tramas van a ser enviadas por una red no IEEE B) Define además cuatro servicios de estación: 1.- Entrega de datos: brinda el servicio mediante el cual la estación transmite y recibe datos. 2.- Privacidad: protege el acceso al contenido de los mensajes, a través de diversos tipos de encriptación. 3.- Autenticación: Debido a que las estaciones no autorizadas pueden recibir o enviar con facilidad la comunicación inalámbrica, una estación debe autentificarse antes de que se le permita enviar datos. Una vez que la estación base asocia una estación móvil, le envía una trama especial de desafío para ver si dicha estación móvil sabe la clave secreta que se le ha asignado. La estación móvil prueba que sabe la clave secreta codificando la trama de desafío y regresándola a la estación base. 29

36 4.- Desautenticación: se produce cuando una estación deja la red. (García, N. 2006) 2.5 Subcapa MAC El protocolo de la subcapa MAC para el estándar , es muy diferente del de Ethernet debido a la complejidad inherente del entorno inalámbrico en comparación con el de un sistema cableado. Un problema que existe en los sistemas inalámbricos es el de la estación oculta y el de la estación expuesta, los cuales se suscitan cuando tenemos varias estaciones de trabajo y no todas están dentro del alcance de radio de cada una, las transmisiones que van de un lado de la celda podrían no recibirse en otro lado de la misma celda. Figura 2.6 LAN inalámbrica. (a) Ha transmitiendo. (b) B transmitiendo Fuente: Tanenbaum, S. (2003) Con la figura 2.6 (a) se explica el problema de la estación oculta. Ocurre cuando A esta transmitiendo hacia B. Si C detecta el medio no podrá escuchar a A, por que esta fuera de su alcance y por lo tanto deducirá falsamente que puede transmitir a B. 30

37 Con la figura 2.6 (b) se explica el problema de la estación expuesta. Ocurre cuando B esta transmitiendo a A, si C detecta el medio, escuchará una transmisión y concluirá equivocadamente que no puede enviar a D. Para solucionar este problema, soporta dos modos de funcionamiento: DFC (Función de coordinación distribuida) y el PCF (Función de coordinación Puntual). Cuando se emplea DCF, utiliza un protocolo llamado CSMA/CA (CSMA con anulación de colisiones). En este protocolo, se utiliza la detección tanto de canal físico como la del virtual. En el método del canal físico, cuando una estación desea transmitir detecta un canal. Si esta inactivo comienza a transmitir, si el canal esta ocupado, el emisor espera hasta que este inactivo para comenzar a transmitir. Si ocurre una colisión, las estaciones involucradas en ella esperan un tiempo aleatorio, mediante el algoritmo de retroceso exponencial binario de Ethernet, y vuelve a intentarlo más tarde. Figura 2.7 El uso de la detección de canal virtual utilizando CSMA/CA Fuente: Tanenbaum, S. (2003) 31

38 El método del canal virtual (figura 2.7) se basa en MACAW (Acceso Múltiple con Protección de Colisiones para Wireless), que es uno de los primeros protocolos diseñados para LAN inalámbricas. El concepto en el que se basa es que el emisor estimule al receptor a enviar una trama corta, de manera que las estaciones cercanas puedan detectar esta transmisión y eviten ellas mismas hacerlo durante la siguiente trama de datos (grande). El protocolo inicia cuando A decide enviar datos a B y A inicia enviándole una trama RTS (Solicitud de Envió), a B en la que le solicita permiso para enviarle una trama. Cuando Recibe esta solicitud, podría decidir otorgarle el permiso en cuyo caso le regresa una trama CTS (Libre para Envió). Al recibir la CTS, A ahora envía su trama y comienza su temporizador de ACK (Trama de Reconocimiento). Al recibir correctamente la trama de datos, B responde con una trama de ACK, con lo que termina el intercambio. Ahora consideremos este intercambio desde el punto de vista de C y D. C esta dentro del alcance de A, por lo que podría recibir la trama de RTS. Y entonces impone para si misma un tipo de canal virtual ocupado, indicado por NAV (Vector de Asignación de Red), finalmente como se muestra en la figura 2.7, D no escucha el RTS, pero si el CTS por lo que impone también una señal NAV. Otro problema de las redes inalámbricas es que son muy ruidosas e inestables en comparación con las redes cableadas, es por ello que permite dividir las tramas en fragmentos, cada uno con su propia suma de verificación. Cada fragmento se numera individual y su recepción se confirma utilizando un protocolo de parada y espera. Una vez que se ha adquirido el canal mediante RTS y CTS, pueden enviarse múltiples fragmentos en fila (ráfaga de fragmentos). El otro modo de funcionamiento es PCF, en el que la estación base sondea las demás estaciones, preguntándoles si tienen tramas para enviar. Puesto que el orden de transmisión se controla por completo por la estación base en el modo PCF, no ocurren colisiones. 32

39 El estándar prescribe el mecanismo para sondeo, ni el hecho de que las demás estaciones necesiten obtener un servicio igual. El mecanismo básico consiste en que la estación base difunda una trama de beacon (trama de guía o faro) de manera periódica. Estos modelos de funcionamiento PCF y DCF pueden coexistir dentro de una celda, proporciona una forma de alcanzar este objetivo. Funciona definiendo cuidadosamente el intervalo de tiempo entre tramas. Después de que se ha enviado una trama, se necesita cierta cantidad de tiempo muerto antes de que cualquier estación pueda enviar una trama. Se definen 4 intervalos diferentes, cada uno con un propósito especifico. El intervalo mas corto es SIFS (Espaciado Corto Entre Tramas). Se utiliza para permitir que las distintas partes de un dialogo transmitan primero. Esto incluye dejar que el receptor envié un CTS para responder a una RTS, dejar que el receptor envié un ACK para un fragmento o una trama, con todos los datos y dejar que el emisor de una ráfaga de fragmentos transmita el siguiente fragmento sin tener que enviar un RTS nuevamente. Siempre hay una sola estación que debe responder después de un intervalo SIFS, si falla al utilizar su oportunidad y transcurre un tiempo PIFS (Espaciado Entre Tramas PCF), la estación base podría enviar una trama de Beacon o una trama de sondeo. Este mecanismo permite que una estación base envié una trama de datos o secuencia de fragmentos para finalizar su trama sin que nadie interfiera, pero le da a la estación base la oportunidad de tomar el canal cuando el emisor anterior haya terminado, sin tener que competir con usuarios ansiosos. Si la estación base no tiene nada que decir y transcurre un tiempo DIFS (Espaciado Entre Tramas DCF), cualquier estación podría intentar adquirir el canal para enviar una nueva trama. Se aplican las reglas de contención normales, y si ocurre una colisión, podría necesitarse el retroceso exponencial binario (Algoritmo que asegura retardo pequeño, cuando sólo unas cuantas estaciones colisionan). 33

40 Solo una estación una estación que acaba de recibir una trama errónea o desconocida utiliza el ultimo intervalo de tiempo, EIFS (Espaciado Entre Tramas Extendido), para reportar la trama errónea. La idea de dar a este evento la menor prioridad es que debido a que el receptor quizás no tenga idea de lo que esta pasando, debe esperar un tiempo considerable para evitar interferir con un dialogo en curso entre dos estaciones. Estructura de la trama de Se definen tres clases diferentes de tramas en el cable: de datos, de control y de administración. Cada una de ellas tiene un encabezado con una variedad de campos utilizados dentro de la subcapa MAC. Además, hay algunos encabezados utilizados por la capa física pero estos tienen que ver en su mayor parte con las técnicas de modulación usadas. Figura 2.8 Formato de la trama de datos Fuente: Tanenbaum, S. (2003) En el formato de la trama de datos (figura 2.8), primero esta el campo de control de tramas. Este tiene 11 subcampos. El primero es la versión de protocolo, que permite que dos funciones del protocolo funcionen al mismo tiempo en la misma celda. Después están los campos de Tipo y Subtipo. Los bits A DS y De DS 34

41 indican que la trama va hacia o viene del sistema de distribución entre celdas. El bit MF indica que siguen más fragmentos. El bit retrans, marca una retransmisión de una trama que se envió anteriormente. El bit de administración de energía es utilizado por la estación base para poner al receptor en estado de hibernación o sacarlo de tal estado. El bit Mas indica que el emisor tiene tramas adicionales para el receptor. El bit W especifica que el cuerpo de la trama se ha codificado utilizando el algoritmo WEP. Finalmente el bit O indica al receptor que una secuencia de tramas que tenga este bit encendido, debe procesarse en orden estricto. El segundo campo de la trama de datos, el de Duración, indica cuanto tiempo ocupara el canal la trama y su configuración de recepción. Este campo también esta presente en las tramas de control y es la forma mediante la cual otras estaciones manejan el mecanismo NAV. El encabezado de trama contiene cuatro direcciones, todas en formato estándar IEEE 802. Las otras dos direcciones se utilizan para las estaciones base de origen y destino para el tráfico entre celdas. El campo Secuencia permite que se enumeren los fragmentos. De los 16 bits disponibles, 12 identifican la trama y 4 el fragmento. El campo de datos contiene la carga útil, hasta 2312 bytes y le sigue el campo común de Suma de verificación. Las tramas de administración tienen un formato similar al de las tramas de datos, excepto que no tienen una de las direcciones de la estación base, debido a que las tramas de administración se restringen a una sola celda. Las tramas de control son mas cortas; tienen una o dos direcciones y no tienen ni campo de datos ni de secuencia. La información clave se encuentra en el Subtipo, que por lo general es RTS, CTS, o ACK. (Tanenbaum, S. 2003) 2.6 Capa PHY La capa física (PHY) está dividida en las capas: Procedimiento de Convergencia de la Capa Física (PLCP - physical layer convergente procedure) y Subcapa Dependiente del Medio Físico (PMD - physical medium dependent). 35

42 Subcapa PMD Define las características y métodos de transmisión-recepción de datos, a través de un medio inalámbrico entre dos o más estaciones, incluye además técnicas de codificación y modulación a emplear sobre el medio. Esta capa provee también un conjunto de primitivas que describen el interfaz entre la PLCP y la PMD. Este interfaz se denomina punto del acceso al servicio (PMD- SAP PMD Service Access Point). En la capa física del estándar hay varias técnicas permitidas de transmisión, que posibilitan el envió de una trama MAC de una estación a otra. Sin embargo, difieren en la tecnología utilizada y en las velocidades alcanzables. DFIR (infrarrojos): utiliza transmisión difusa (es decir, no requiere línea visual) a 0.85 o 0.95 micras. Se permiten dos velocidades 1 y 2 Mbps, se utiliza un esquema de codificación en el cual el grupo de 4 bits se codifica como una palabra codificada de 16 bits, que contiene 15 0 s y un 1, mediante código de gray. El FHSS (Espectro Disperso con Salto de Frecuencia): utiliza 79 canales, cada uno de los cuales tiene un ancho de banda de 1 MHz, iniciando en el extremo del mas bajo de la banda ISM de 2.4 GHz. Para producir la secuencia de frecuencias a saltar, se utiliza un generador de números pseudoaleatorios. Siempre y cuando todas las estaciones utilicen la misma semilla, para el generador de números pseudoaleatorios y permanezcan sincronizadas, saltaran de manera simultánea a la misma frecuencia. El tiempo invertido en cada frecuencia (tiempo de permanencia), es un parámetro ajustable, pero debe ser menor que 400 mseg. La aleatorización de FHSS proporciona una forma justa de asignar espectro en la banda ISM no regulada. En distancias más grandes, el desviamiento de múltiples rutas puede ser un problema, y FHSS ofrece una buena resistencia a ello. Su principal desventaja es su bajo ancho de banda. El método de modulación DSSS (Espectro Disperso de Secuencia Directa): también esta restringido a 1 o 2 Mbps. El esquema utilizado tiene algunas 36

43 similitudes con el sistema CDMA pero difiere en otros aspectos. Cada bit se transmite como 11 chips, utilizando lo que se conoce como secuencia de Barker. Utiliza modulación por desplazamiento de fase a 1 Mbaudio, y transmite un bit por baudio cuando opera a 1 Mbps, y 2 bits por baudio cuando opera a 2 Mbps. El método de modulación HR-DSSS (Espectro Disperso de Secuencia Directa de Alta Velocidad): es otra técnica de espectro disperso que utiliza 11 millones de chips/seg para alcanzar 11 Mbps en la banda de 2.4 GHz. Se llama b pero no es la continuación de el a. Las tasas soportadas por b son 1, 2, 5.5 y 11Mbps. Las dos tasas bajas se ejecutan a 1 Mbaudio, con 1 y 2 bits por baudio, utilizando modulación por desplazamiento de fase (por compatibilidad con DSSS). Las dos tasas más rápidas se ejecutan a Mbaudios, con 4 y 8 bits por baudio, utilizando códigos Walsh/Hadamard. Su rango es aproximadamente 7 veces más que el de a. OFDM es una forma especial de modulación donde subportadoras llevan información en determinadas sub-bandas, compartiendo parte de su espectro, pero siendo diferenciables por propiedades de ortogonalidad. (Ramírez, C. 2006) OFDM es la técnica de Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal, es empleada en la banda de 5 GHz por el estándar IEEE a/g, para tener velocidades de hasta 54Mbps; define 64 frecuencias, 12 como subportadoras cero, 4 para sincronización, y 48 para datos. Es una técnica de comunicación, que trasmite un flujo de datos a alta velocidad, sobre múltiples flujos de datos paralelos a baja velocidad, en diferentes canales de frecuencia sobre un medio de transmisión; esto es, se transmiten múltiples portadoras para garantizar que sus componentes de frecuencia principales, no sean afectadas por problemas de interferencia o desvanecimiento por múltiple trayectoria. Con la frecuencia adecuada se recupera la señal, alcanzando mayores velocidades. La ortogonalidad de esta técnica se consigue al alinear el pico de amplitud de una 37

44 subportadora con el valor nulo de otra subportadora y así el receptor detecta la señal portadora a este pico de amplitud, sin que exista interferencia desde otras subportadoras. Subcapa PLCP Proporciona la función de convergencia para transformar las unidades de datos (PDU Packet Data Unit), a un formato de trama adecuada para su transmisión recepción a través de un medio físico. La estructura de cada PLCP depende de la definición de la capa física en particular. El estándar define para cada tipo de capa física su correspondiente capa PLCP y cada PDU MAC se transforma en una trama PLCP. Los campos de la trama PLCP son: Preámbulo PLCP: formado por los campos Sincronización y Delimitador de Inicio de Trama. Cabecera PLCP: formado por Servicio, Longitud y CRC13. PLCP PDU (PPDU): corresponde a la MPDU (PDU MAC) encapsulada como datos. PLCP puede ser largo o corto consiste en un encabezado de 144 bits que sirve para sincronizar, para determinar la ganancia y para establecer el CCA (Clear Channel Assessment) que es necesario para que la capa de MAC sepa si el medio está en uso. Este preámbulo está compuesto por 128 bits de sincronización más 16 bits llamados SFD (Start Frame Delimiter), qué consiste en una secuencia fija de 0 y 1 ( ) que marca el principio del paquete. El PLCP es siempre transmitido a 1Mbps. Los próximos 48 bits son llamados Encabezado PLCP. Cuenta con 4 campos: señal, servicio, longitud y HEC ("header error check" para control de errores). La señal indica a que velocidad se deberá transmitir (1, 2, 5.5 u 11Mbps). El campo de servicio se reserva para uso futuro. El campo de longitud indica la longitud del paquete, y el HEC es un CRC de 16bits del 38

45 encabezado de 48bits. El PMD es dependiente del protocolo antes explicado. 2.7 Dispositivos de red Wi-Fi En el nivel básico se necesitan dos piezas de hardware para cualquier red inalámbrica: un punto de acceso central y un adaptador de red. A continuación se describen los dispositivos usados para las redes Wi-Fi: Puntos de acceso: Un punto de acceso es el cerebro de una red inalámbrica y puede efectuar varias tareas distintas, el término se abrevia como AP en la literatura técnica. El punto de acceso contiene uno o más transceptores inalámbricos que envían y reciben datos de ordenadores con equipamiento inalámbrico y otros dispositivos. Una tarea común de un AP es actuar como puente de red que conecta los ordenadores de una red inalámbrica con los de una red convencional. Cuándo esta conectado a Internet, el punto de acceso actúa también como puerta de enlace, conectando una LAN con una red de área extensa (WAN), como es Internet. Cuando actúa como puerta de enlace, un punto de acceso a menudo ofrece otros servicios de red como asignación automática de una dirección internet, creación de direcciones privadas para ordenadores locales inalcanzables desde el exterior, gestiona la seguridad, filtrado de tráfico como cortafuegos y control clientes asociados. Router Un router es mucho más que un punto de acceso, este puede conectar una red local con otra, o con internet, esto significa un gran paso respecto al anterior dispositivo, que sólo podía compartir una red. Es capaz de crear una red local y conectarla a internet, de este modo, todos los dispositivos que se conecten al router pueden navegar por internet, y compartir recursos (ya sean archivos, impresoras, o cualquier otra cosa) entre ellos. Además los router ofrecen más protección, pues disponen de un cortafuegos interno, fácilmente configurable. La 39

46 configuración y el acceso al mismo, se realiza de igual forma que para el punto de acceso. Adaptadores de red inalámbrica Los adaptadores de red inalámbrica se pueden dividir en dos categorías; tarjetas inalámbricas internas o adaptadores inalámbricos externos, dentro de las tarjetas inalámbricas internas podemos encontrar los siguientes: 1.- PC Cards: Este periférico diseñado para computadoras portátiles en La mayoría de las PC Cards inalámbricas tienen antenas integradas o que sobresalen y, aunque suelen ser pequeñas, a menudo se extienden fuera del cuerpo del portátil. 2.- Tarjetas PCI: Son tarjetas para ranura PCI, que la mayoría de los ordenadores de escritorio actuales tienen. 3.- Tarjetas mini-pci: Son una tarjeta interna de expansión más pequeña que las tarjetas PCI, para el puerto mini-pci. 4.- Ranuras adaptadas: Compaq tiene una ranura especial multipuerto que admite adaptadores de red inalámbrica. Desde 1999, Apple ha incorporado en cada modelo de Macintosh conectores internos que aceptan una PC Card modificada, que Apple llama una tarjeta Airport. Las tarjetas de red se suelen instalar dentro de un ordenador con todos los métodos estándar que se pueden esperar, ranuras PCI, mini PCI y ranuras adaptadas. Y también hay dispositivos externos que se conectan en puertos USB o Ethernet. Los adaptadores inalámbricos externos actualmente son requeridos casi exclusivamente para equipos de escritorio, que no cuentan con tarjeta de red inalámbrica interna, pueden ser adaptadores USB o adaptadores Ethernet. 40

47 Antenas El IEEE define una antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas (IEEE Std ). En los términos más simples, una antena aumenta la potencia de un transceptor. Un transceptor combina un transmisor y un receptor, de modo que enfocando mejor la energía electromagnética que entra o sale, la antena aumenta tanto la fuerza de la señal transmitida como la sensibilidad de la recepción. La potencia de una antena se expresa en decibelios (db) y cada antena tiene un rango de potencias en decibelios, generalmente conocido como ganancia. Los decibelios aumentan en escala logarítmica: un pequeño aumento de los decibelios provoca un gran aumento de la sensibilidad. La banda de frecuencia de trabajo va a definir el tipo de antena e incluso sus propiedades más importantes, puesto que el tamaño eléctrico de las antenas es la relación entre su longitud (l) y la longitud de onda (λ=c/f, siendo c la velocidad de la luz en el vacío m/s y f la frecuencia). El tamaño de la antena es muy importante, está relacionado con la longitud de onda, generalmente siendo un submúltiplo de ésta; por eso, a mayores frecuencias, menor tamaño de la antena, pues son inversamente proporcionales. El sistema de la antena incluye numerosos componentes, entre ellos la misma antena, un montaje hardware, conectores, cableado y en algunos casos, filtros para rayos. A continuación se mencionan algunos tipos de antenas. Antenas omnidireccionales También llamada una antena de fuste vertical, es útil principalmente si queremos que la señal sea irradiada en todas direcciones. Esta antena podría ser usada para proporcionar acceso de red inalámbrica en campus de un instituto o universidad. Pero el problema de las antenas omnidireccionales es que funcionan 41

48 mejor en situaciones de alcance relativamente corto, en las que todos los que establecen la conexión están más o menos a la misma altura de la antena. Dado que no enfoca el haz, la máxima salida de las antenas omnidireccionales esta alrededor de 15 dbi de ganancia. También son baratas fáciles de instalar y duraderas. Antenas de sector Las entenas de sector se utilizan en conexiones punto a multipunto, las antenas de sector irradian solo en una dirección específica y a menudo se combinan para cubrir un área. La ventaja de usar varias antenas de sector en lugar de una omnidireccional, es que podemos inclinar las primeras para solucionar el problema de la altura que afecta a las segundas. También ofrecen mayor ganancia alrededor de 22dBi. Antenas de panel Las antenas de panel son paneles planos sólidos que se utilizan para conexiones punto a punto enfocadas, como antenas yagui y las parabólicas. Son baratas y tienen una ganancia de más de 22 dbi. Antenas yagui Una antena yagui proporciona un haz bastante enfocado, junto con una ganancia máxima de unos 21 dbi. Debido a lo enfocado del haz, hay que montar una antena yagui dirigiéndola a la ubicación remota. Antenas parabólicas Es la más potente y generalmente tiene la forma de una rejilla metálica curvada o un plato de satélite. Con una antena de este tipo se puede tener un haz enfocado y una ganancia de 27 dbi. 42

49 Antenas dipolo Son útiles para redes de corto alcance su ganancia es aproximadamente unos 2.2 dbi (Engst, F. 2003). La elección de las antenas es un factor importante en el diseño de redes inalámbricas, ya que una selección inadecuada puede acarrear una zona de sombra que dificulta la recepción o una falta de cobertura en zonas donde debería haberla. Y un exceso de potencia puede dar cobertura a zonas más alejadas, interfiriendo con otras células o facilitando la tarea a un hacker. 43

50 CAPÍTULO III. REDES WiMAX

51 Capítulo 3.1 Redes WiMAX En julio de 1999 la IEEE comenzó el trabajo para establecer un estándar para la banda ancha inalámbrica, que resultara más económico que los ya instalados, los cuales estaban basados en tecnologías propietarias de las compañías que brindaban el servicio, tenían un rendimiento limitado y en muchos casos eran demasiado caras para ser instaladas de manera masiva. Finalmente en abril del 2002 se aprobó el estándar (BWA) o WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access- Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas), que es su nombre comercial. WiMAX, nombre con el que se conoce al grupo de estándares IEEE , que es un estándar inalámbrico aprobado por el WiMAX fórum (Figura 3.1), al que pertenecen fabricantes de una gran diversidad de productos de telecomunicaciones. Este estándar IEEE se divide en dos versiones, (aprobado Octubre de 2004) para comunicaciones fijas o portátiles y e-2005 (aprobado en diciembre de 2005) para comunicaciones móviles. (Alvear, C. 2006) Figura 3.1 Logotipo de WIMAX Forum (Recuperado el 5 de octubre de 2010 de 45

52 Dadas las características tan generales del estándar, diferentes fabricantes pueden desarrollar equipos acordes con el estándar pero no compatibles entre ellos. El WiMAX Forum (Figura 3.1), conformado por un amplio conjunto de industrias, define diferentes perfiles de funcionamiento que reúnen un conjunto detallado de características del estándar. El cumplimiento de estos perfiles permitirá que los equipos sean compatibles con el estándar, pero además garantizan la interoperabilidad con equipos de diferentes fabricantes. WiMAX será complemento de las LAN inalámbricas y competencia para los servicios celulares de tercera generación (3G), y posiblemente de servicios cableados como DSL (digital suscriber line) y cable. Su habilidad para suplantar o competir con estos sistemas dependerá de su rendimiento y coste. Muchos fabricantes de ordenadores y PDA (personal digital assistants) planean incorporar WiMAX tan pronto como sea capaz de satisfacer una demanda de acceso constante a Internet e intercambio de s desde cualquier localización. WiMAX puede resultar muy adecuado para unir puntos de acceso Wi-Fi a las redes de los operadores, sin necesidad de establecer un enlace fijo. El equipamiento Wi-Fi es relativamente barato, en cambio un enlace E1 o DSL resulta caro y a veces no se puede desplegar, por lo que la alternativa de radio parece muy razonable. WiMAX extiende el alcance de Wi-Fi ya que a través de su red puede prestar servicio a varios cientos de usuarios por canal, asegurando un gran ancho de banda y además soporta tráfico continuo y de ráfagas, siendo independiente de protocolo. Puede transportar información de diferentes tecnologías existentes y puede soportar múltiples servicios simultáneamente ofreciendo QoS, por lo cual resulta adecuado para voz (VoIP), datos y vídeo. La señal de WiMAX puede ser transmitido de dos formas con línea de vista y sin línea de vista: NLOS (Non Line Of Sight- Sin Línea de Vista). Clase de servicio Wi-Fi, donde una antena pequeña en su computadora conecta con la torre. En este modo, WiMAX utiliza una gama de frecuencia baja (entre los 2 y los 11 GHz) para así no sufrir 47

53 interferencias por la presencia de objetos. Naturalmente, esto hace que el ancho de banda disponible sea menor. Este tipo de servicio tiene la capacidad de difractar o doblarse alrededor de objetos. LOS (Line Of Sight- Línea de Vista). En este tipo de servicio no hay obstáculos que se interpongan en la señal. Una antena señala directamente a la torre de WiMAX. La conexión LOS es más fuerte y más estable, así que puede enviar mucho más datos con pocos errores. Ofrece frecuencias más altas alcanzando frecuencias del orden de los 66 GHz En frecuencias más altas, hay menos interferencias y más ancho de banda. (Jiménez, A. 2008) Un escenario más probable es que WiMAX sea usado para proveer backhaul a una red Wi-Fi, ya que puede cubrir distancias de hasta 70 kilómetros, con antenas muy direccionales y de alta ganancia. Una de las mayores limitaciones con el servicio Wi-Fi público es la restricción del backhaul, en que una interfaz aérea de 11Mbps o 54Mbps es alimentada en una línea T-1 de 500kbps o 1.5Mbps. Vale la pena destacar que las velocidades de datos de Wi-Fi antes mencionadas son velocidades de datos máximas teóricas y que una vez que desaparece el overhead, las velocidades de datos reales se reducen aproximadamente a la mitad. Además, la interfaz aérea y el backhaul podrían ser compartidos por múltiples usuarios, disminuyendo así la velocidad de datos de los usuarios. Según WiMAX Forum, existen 519 redes WiMAX implementadas en 146 países de todo el mundo, con más de 10 millones de suscriptores. WiMAX soporta modelos comerciales muy diversos, incluyendo acceso a venta minorista/mayorista y conectividad de banda ancha para el hogar o usuarios en movimiento. (Actualidad Digital, 2009) Esta tecnología continuará creciendo y su futura evolución a m ofrece una manera de entregar más ancho de banda de manera más eficiente. Además, en 2010 se están desarrollando nuevos productos que serán adaptados a las necesidades de los operadores de cada región. 48

54 La tendencia internacional en el uso de las tecnologías de la información en apoyo a los procesos educativos es cada vez mayor. Es por ello que en México se desarrolla un proyecto nacional denominado Redes Estatales para la Educación, Salud y Gobierno. Que pretende unir todos los estados de la República Mexicana a través de la tecnología WiMAX es por ello que la COFETEL emitió el 19 de agosto de 2008, una resolución mediante la cual se define un canal de 50 MHz en la banda de MHz. Esta banda de 3.3 GHz fue liberada por la SCT para uso exclusivo del gobierno. Para el caso particular de Veracruz, los servicios de conectividad para los planteles escolares, sobre todo para los planteles rurales, que representan el 67% de las escuelas del estado, son muy limitados y costosos, si consideramos que en muchos casos la única opción de conectividad es el satélite, por tanto resulta de sumo interés para el estado el desarrollo de infraestructura y esquemas de conectividad que aprovechen los avances tecnológicos y ofrezcan servicios de alta calidad a costos razonables. (FOMIX, 2009) En el estado de Veracruz se desarrolla un proyecto llamado dar Red Estatal de Conocimiento (Figura 3.2), donde se pretende dotar de infraestructura necesaria para proveer de conectividad a las redes de internet a cerca de 730 escuelas en el estado con tecnología WiMAX, además de sentar las bases del Back Bone inalámbrico estatal que hará posible integrar todos estos centros en una sola red informática. 49

55 Figura 3.2 Estructura de funcionamiento para la red estatal de conocimiento Fuente: (Martínez, C. 2009) La SEP con el apoyo del gobierno federal inició en 2007 una prueba de concepto y la fase Experimental en 2008, en 200 escuelas y 32 centros de maestros en toda la República utilizando tecnología de acceso inalámbrico WiMAX. (Gonzales, J., 2008) En el estado de Veracruz Inetworks es una red WiMAX, que ha funcionado correctamente y esta en desarrollo, esta es una red que brinda cobertura de 32 Kms aproximadamente en Veracruz y Boca del Rio. (Martínez, C. 2009) WiMAX es una solución muy robusta que actualmente provee banda ancha en mercados emergentes, así como también en mercados desarrollados más competitivos. Por ejemplo, WiMAX ofrece la misma capacidad de una plataforma 50

56 para satisfacer las estrictas necesidades de operadores tales como Clearwire, en los Estados Unidos, e Imagine, en Irlanda. (Actualidad Digital, 2009) 3.2 Redes WMAN Las redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN), son las redes que pretenden cubrir una extensa área territorial también se conocen como bucle local inalámbrico (WLL, Wireless Local Loop). Las WMAN se basan en el estándar IEEE Los bucles locales inalámbricos ofrecen una velocidad total efectiva de 1 a 10 Mbps, con un alcance de 4 a 10 kilómetros, algo muy útil para compañías de telecomunicaciones. Las tecnologías WMAN permiten a los usuarios establecer conexiones inalámbricas entre varias ubicaciones dentro de un área metropolitana (por ejemplo, entre varios edificios de oficinas de una ciudad o en un campus universitario), sin el alto coste que supone la instalación de cables de fibra o cobre y el alquiler de las líneas. Además, WMAN puede servir como copia de seguridad para las redes con cable, en caso de que las líneas alquiladas principales para las redes con cable no estén disponibles. WMAN utiliza ondas de radio o luz infrarroja para transmitir los datos. Las redes de acceso inalámbrico de banda ancha, que proporcionan a los usuarios acceso de alta velocidad a Internet, tienen cada vez mayor demanda. Aunque se están utilizando diferentes tecnologías, como el servicio de distribución multipunto de canal múltiple (MMDS) y los servicios de distribución multipunto locales (LMDS), el grupo de trabajo de IEEE para los estándares de acceso inalámbrico de banda ancha, sigue desarrollando especificaciones para normalizar el desarrollo de estas tecnologías. (Toledo, V. 2009) La mejor red inalámbrica de área metropolitana es WiMAX, que puede alcanzar una velocidad aproximada de 70 Mbps en un radio de varios kilómetros. Sin embargo hay otras tecnologías para redes inalámbricas de área metropolitana, como son WLL y WiBRO que a continuación se presentan: 51

57 WLL (en español Anillo Local Inalámbrico), es una importante tecnología que permite servicios telefónicos, que incrementan más el desarrollo de los diferentes países que los sistemas cableados. Las capacidades de un sistema WLL está basado en la aplicación TDMA (IS-54), el CDMA (IS-95A) y el ETSI GSM las cuales son comparadas dependiendo de las necesidades e instalaciones existentes. El WLL usa estaciones radio base conectadas a centrales comunes de conmutación pública para, vía radio, alcanzar el terminal fijo del abonado en su residencia o en su oficina, también éste compuesto por un radio transceptor. El uso de diversas estaciones radio base, cada una de las cuales, cubriendo una determinada área, llamada "célula", garantiza la cobertura de toda la región de interés, tal cual ocurre con la arquitectura de la telefonía celular móvil. Sin embargo, debido a la no movilidad restrictiva del terminal del abonado, los sofisticados algoritmos para handoff (movilidad entre células) son innecesarios y la conexión a una central común de telefonía pública es posible en general. En la actualidad, el Sistema Global para Móviles (GSM), ha capturado más de la mitad del mercado mundial del celular digital y a la fecha, sólo en América Latina ha dejado de tener una incursión significativa. No obstante, con el advenimientos de los Sistemas de Comunicaciones personales (PCS), y el otorgamiento de nuevas licencias de explotación de servicios inalámbricos en toda la Región, todavía lejos se está para la decisión definitiva sobre una escogencia de la normativa tecnológica. La tecnología, de Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDMA), TELCEL de México por ejemplo, tiene una red AMPS compartida con una TDMA de 800 MHz y GSM en 1900 MHz. WiBro es coreano, se basa en IEEE y IEEE e para proveer de servicios móviles. Los tres requisitos básicos de este sistema son: a) Banda de frecuencia de 2.3 GHz. b) Ancho de banda de canal de 9MHz, o efectivo de

58 c) TDD o time division duplexing (Dúplex por división en el tiempo) y OFDMA (Toledo, V., 2009) Las estaciones de la base WiBro ofrecen un rendimiento de procesamiento de datos agregado de 30 a 50 Mbps/s y cubren un radio de 1.5 km. Las velocidades de transmisión de WiBro oscilan en el rango de los 30-50Mbps cubriendo un área entre 1 km y 5 km. En cuestiones de movilidad soporta conexiones para dispositivos móviles, desplazándose a velocidades de hasta 60 km/hr. Sin embargo una desventaja es que al operar en una banda licenciada, limita su posibilidad a lo largo del planeta al no ser compatible con WiMAX, por esto el foro WiMAX trabaja para lograr la compatibilidad con dicha tecnología. (Toledo, V., 2009) Durante la prueba en la cumbre de APEC Summit en Busan a finales del 2005, el rango actual y la banda ancha eran un poco más bajos que estos números. La tecnología también ofrecerá la movilidad del servicio. La inclusión de QoS permite que WiBro soporte el contenido del video y otros datos de manera confiable. 3.3 El estándar El proyecto general de WiMAX en la actualidad incluye dos estándares: el IEEE y el IEEE e. Sin embargo estos estándares han seguido evolucionando con el tiempo, a continuación se habla un poco de el desarrollo de este estándar. En el 2001 la IEEE publica el estándar para operar en la banda de GHz, este operaba con Línea de Visión Directa (LOS). Sin embargo, en Enero 2003 se publicó el IEEE a donde se propuso la banda de 2-11 GHz para operar sin visibilidad directa (NLOS, cuando el área entre emisor y receptor está obstruida por algún elemento), con el propósito de conseguir así mayor número de aplicaciones. Para Octubre del 2004 se revisa el estándar y sale publicado como IEEE d- 53

59 2004, pudiendo alcanzar una velocidad de comunicación de hasta 70 Mbps, operando en un rango de frecuencias de 2 a 11 GHz y 124 Mbps en frecuencias hasta los 60 GHz. El estándar soporta aplicaciones con servicios Simétricos (Ofrecen la misma tasa de transferencia tanto de subido como de bajada) y Asimétricos (No ofrecen la misma tasa de transferencia en la subida y bajada). Es idóneo para ofrecer servicio de video-conferencia interactivo, además de servicios de voz, requiere de una infraestructura muy básica y menos compleja de solo Radio base y suscriptor para operar, empleado para dar acceso de última milla residencial y empresarial con SLA. (Senza, F. 2005) Un año después se publica el estándar IEEE e-2005 y popularmente conocido como Mobile WiMAX con las especificaciones de radio para las capas Medium Access Control (MAC) y la capa física (PHY) para combinar WiMAX fijo y móvil. Las especificaciones están limitadas a la interfaz por aire entre cliente y estación base. (Jiménez, A., 2008). El último estándar IEEE e-2005/ETSI HIPERMAN incorpora los últimos avances tecnológicos como OFDMA y MIMO, con el fin de combinar eficazmente los accesos de alta tasa de fijo y móvil, para convertirlo en un potente candidato para la red de 4G. Nacido para soportar tecnología IP nativo, WiMAX Forum incluye una arquitectura de red para soportar la tecnología de acceso, que sigue la tendencia de Redes de Nueva Generación, donde las aplicaciones son independientes de la tecnología de transporte mediante una arquitectura horizontal, pero vertical en cuanto a la infraestructura de telecomunicaciones. (Jiménez, A. 2008) En mayo 2007 en Japón, Mobile WiMAX es recomendado como OFDMA TDD WMAN, dejando 50MHz de ancho de banda en la banda internacional de GHz para el espectro 3G TDD, aunque aún no ha sido aprobado. El WiMAX Forum afirma que m será significativamente más rápido que su 54

60 predecesor y que uno de sus objetivos es que la velocidad de descarga alcance los 100Mbps. En comparación la oferta WiMAX que debutó comercialmente en 2008 ofrece velocidades de descarga de entre 3,7Mbps y 5Mbps. El estándar Mobile WiMAX (IEEE e) permite que los usuarios utilicen un terminal para recibir servicios de banda ancha inalámbrica en cualquier momento y en cualquier lugar. Esta tecnología ofrece soporte de servicios Asimétricos únicamente, ya que emplea uso parcial de Subportadora, ideal para servicios de Internet, para su funcionamiento requiere obligatoriamente, Estaciones Base, CPE, ASN GW,AAA Server, DHCP, Home Agent y fue diseñado para dar acceso a dispositivos portátiles como computadoras y PDA. (Jiménez, A., 2008). Tres tecnologías clave (SOFDMA, MIMO y AAS) facilitan los índices de rendimiento mejorado de WiMAX en tres áreas: velocidad, resultados y capacidad. Los operadores pueden brindar a los usuarios servicios que requieren un mayor ancho de banda y QoS, como por ejemplo streaming media, VoIP, videoconferencia y juegos interactivos. Las Tres tecnologías clave (SOFDMA, MIMO y AAS) facilitan los índices de rendimiento mejorado de WiMAX: SOFDMA Si bien es similar, el SOFDMA posee más ventajas que el OFDMA. El SOFDMA no modifica el ancho de las subportadoras, por otros anchos de banda de canal y determina los números de subportadoras, (usa 512 y 1024 portadoras haciéndolo una tecnología muy avanzadas para enlaces sin línea de vista, ya que los equipos de usuario se encuentran dentro de edificios y entre obstáculos dentro de ciudades densamente pobladas) tomando una medición directa y proporcional del ancho de banda de canal. El ancho de la portadora constante adquiere una utilización de espectro más alto en los canales anchos, reduce el costo de los canales angostos y mantiene la capacidad de interferencia anti-multi-path por medio de diferentes anchos de 55

61 banda de canal, lo que es básicamente consistente con la capacidad de soporte de movilidad. El rango del ancho de banda dinámico que provee el SOFDMA es entre 1.25MHz-20MHz. En caso de un ancho de banda de 10MHz, las tasas de descarga y subida son de alrededor de 63Mbps y 28Mbps respectivamente. (HUAWEI) MIMO MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) presenta múltiples antenas tanto en los extremos de transmisión, como de recepción con el fin de obtener altas tasas de datos y una calidad de transmisión mejorada. En el núcleo de MIMO, existe procesamiento de señal de tiempo y espacio. Específicamente, la distribución de múltiples antenas combina los ámbitos temporales y espaciales para el procesamiento de la señal. MIMO utiliza la tecnología de codificación de tiempo y espacio y términos de código de diseño de ambos ámbitos, y transmite cadenas de bit de información de modo simultáneo de antenas múltiples cuando utiliza la naturaleza ortogonal de la secuencia de transmisión de antenas para obtener ganancias. (HUAWEI) AAS AAS (Adaptive Antenna System) presenta antenas múltiples para transmitir y recibir señales. Utiliza la tecnología de procesamiento de señal digital para rastrear la información espacial, de cada cliente móvil y genera haces de onda direccionales de espacio que utilizan completamente las señales de los clientes al mismo tiempo que elimina señales de interferencia. En base a las diferentes posiciones espaciales de los clientes, el AAS puede transmitir y recibir las señales de cada cliente en el mismo canal, para mejorar la utilización del espectro sin introducir una interferencia mutua significativa. La transmisión de señal direccional en la transmisión de antena utiliza el AAS para eliminar la interferencia de transmisión de otros clientes en las mismas celdas y en celdas adyacentes. Sintetizando señales de espacio, el AAS mejora las ganancias 56

62 y reduce la transmisión de las antenas en potencia de transmisión de estaciones móviles en direcciones especiales. Por lo tanto, la utilización de AAS permite a los operadores contar con una cobertura más amplia, reducir la utilización de estaciones base y mejorar la utilización de espectro, reduciendo así el OPEX. En el extremo de recepción de la antena, la síntesis de señales de espacio genera ganancias en la dirección esperada en el mapa direccional de la totalidad del banco de antenas. Por otro lado, en otras direcciones las ganancias son inferiores. Esto conduce a una proporción de ruido a señal más alto en términos de señales de recepción y forma un punto cero de espacio en la dirección de interferencia, suprimiendo así cualquier interferencia importante. (HUAWEI) Característica e WIMAX Máxima Modulación de 16 QAM 64QAM Subida (Uplink) Eficiencia espectral neta 2.07 Bit/Hz 2.85 Bit/Hz máxima Costo de infraestructura de torres Mayor costo, llegan a pesar hasta 160 Kg. Menor costo, llegan a pesar hasta 50 Kg. No. Máximo de sectores 4 Sectores 6 Sectores en una radio base No. Máximo de usuarios 800 Usuarios 3000 Usuarios por Radio base Tabla 3.1 Características de los estándares de WiMAX Fuente: Elaboración propia En las características (tabla 3.1) de las versiones e y , se muestran cierta superioridad del estándar , en cuanto a desarrollo de las tecnologías ya que están más desarrolladas pero con el tiempo el e se minimizaran los costos, puesto que este estándar se encuentra en constante 57

63 evolución. La pila de protocolos para el estándar IEEE (Figura 3.2), en su estructura general es muy parecida a la de Wi-Fi, pero con más subcapas. La subcapa inferior tiene que ver con la transmisión. El radio de banda estrecha tradicional se usa con esquemas de modulación tradicionales. Arriba de la capa de transmisión física esta una subcapa de convergencia para ocultarle las diferentes tecnologías a la capa de enlace de datos. Figura 3.3 Pila de protocolos del estándar Fuente: Tanenbaum, S. (2003) La capa de enlace de datos consta de tres subcapas. La inferior tiene que ver la privacidad y seguridad, lo cual es más importante para redes externas públicas que para las redes internas privadas. Maneja codificación decodificación y administración de claves. A continuación se encuentra la parte común de la subcapa MAC. Es aquí donde se encuentran los principales protocolos, como la administración de canal. El modelo consiste en que la estación base controla el sistema. Para calendarizar de manera muy eficiente los canales de flujo descendente (es decir, de la estación base al suscriptor) y es muy importante en el manejo de los canales ascendentes 58

64 (es decir, del suscriptor a la estación base). Una característica no muy común de la subcapa MAC es que, a diferencia de las subcapas de las otras redes 802, es completamente orientada a la conexión, para proporcionar garantías de calidad del servicio para la comunicación de telefonía y multimedia. En los otros protocolos 802, la subcapa de convergencia específica del servicio toma el lugar de la subcapa de enlace lógico. Su función es interactuar con la capa de red. Un problema aquí es el estándar fue diseñado para integrarse sin ningún problema tanto a los protocolos de datagramas como con ATM (Modo de Transferencia Asíncrona). El problema es que los protocolos de paquetes no son orientados a la conexión y ATM si lo es. Esto significa que cada conexión ATM se tiene que asignar a una conexión Capa MAC La capa de enlace de datos se divide en tres subcapas, como se muestra en la pila de protocolos (Figura 3.2), en la subcapa de seguridad cuando el suscriptor se conecta a una estación base, realiza autentificación mutua con criptografía de clave publica RSA (sistema criptográfico de clave pública) mediante certificados X.509. Las cargas útiles mismas se codifican mediante un sistema de clave simétrica, ya sea DES con cambio de bloques de código o triple DES con dos claves. Es probable que AES (cifrado por bloques) se agregue pronto. La verificación de integridad utiliza SHA-1. Las tramas MAC ocupan un número integral de ranuras de tiempo de la capa física. Cada trama se compone de subtramas, de las cuales las primeras dos son los mapas descendente y ascendente. Estos indican lo que hay en cada ranura de tiempo y cuales ranuras de tiempo están libres. El mapa descendente también contiene varios parámetros de sistema para informar de nuevas estaciones conforme entran en línea. (Tanenbaum, S. 2003) El canal descendente es muy directo. La estación base decide simplemente lo que se va a poner en cada subtrama. El canal ascendente es más complicado debido 59

65 a que hay suscriptores no coordinados compitiendo por el. Su asignación esta estrechamente relacionada con el aspecto de QoS. Hay cuatro clases de servicio: 1. Servicio de tasa de bits constante. 2. Servicio de tasa de bits variable en tiempo real. 3. Servicio de tasas de bits variable no en tiempo real. 4. Servicio de mejor esfuerzo. Todos los servicios del estándar son orientados a la conexión, y cada conexión toma una de las clases de servicio anteriores, que determina cuando se configura la conexión. El servicio de tasa de bits constante esta diseñado para transmitir voz descomprimida, como en un canal T1 (estándar de entramado). Este servicio necesita enviar una cantidad predeterminada de datos en intervalos de tiempo predeterminados. Se aloja mediante la dedicación de ciertas ranuras de tiempo a cada conexión de este tipo. Una vez que se ha asignado el ancho de banda, las ranuras de tiempo quedan disponibles automáticamente, sin necesidad de solicitar cada una. (Tanenbaum, S. 2003) El servicio de tasa de bits variable en tiempo real esta destinado para la multimedia comprimida y otras aplicaciones en tiempo real en las que la cantidad de ancho de banda puede variar en cada instante. Es ajustada por la estación base sondeando al suscriptor a un intervalo fijo para saber cuanto ancho de banda se necesita esta vez. El servicio de tasa de bits variable no real es para las transmisiones pesadas que no son en tiempo real, como transmisiones grandes de archivos. Para este servicio la estación base sondea al suscriptor con mucha frecuencia. Un cliente de tasa de bits constante puede establecer un bit en una de sus tramas, solicitando 60

66 un sondeo para enviar tráfico adicional. Si una estación no responde a un sondeo X veces en una fila, la estación base la coloca en un grupo de multidifusión y elimina su sondeo personal. En su lugar cuando se sondea el grupo de multidifusión, cualquiera de las estaciones que conforma el grupo puede responder, compitiendo por el servicio. Así las estaciones base con poco trafico no desperdician sondeos valiosos. Por último el servicio de mejor esfuerzo es para todo lo demás. No se realiza sondeo y el suscriptor debe competir por el ancho de banda con otros suscriptores de mejor servicio. Las solicitudes por ancho de banda, se realizan en ranuras de tiempo que están marcadas en el mapa ascendente como disponibles para competencia. Si una solicitud es exitosa, se notará en el siguiente mapa de bits descendente. Si no es exitosa los suscriptores no exitosos deberán tratar mas tarde. Para minimizar las colisiones se utiliza el algoritmo de retroceso exponencial binario. El estándar define dos formas de asignación de ancho de banda: por estimación y por conexión. En el primer caso, la estación suscriptora agrega las necesidades de todos los usuarios del edificio y realiza solicitudes colectivas por ellos. Cuando se le concede el ancho de banda, lo asigna entre sus usuarios como considere necesario. En el último caso la estación base administra cada conexión de manera directa. La estructura de trama de Todas las tramas MAC empiezan con un encabezado genérico. A este le sigue una carga útil y una suma de verificación (CRC) opcionales. La carga útil no es necesaria en las tramas de control. La suma de verificación también es opcional debido a la corrección de errores en la capa física y al hecho de que nunca se realiza un intento por retransmitir tramas en tiempo real. El campo Tipo identifica el tipo de la trama e indica principalmente si hay empaquetamiento y fragmentación. El campo CI indica la presencia o ausencia de 61

67 la suma de verificación total. El campo EK indica cual de las claves de encriptación se esta utilizando. El campo longitud proporciona la longitud exacta de la trama incluyendo la del encabezado. El indicador de conexión indica a cual conexión pertenece esta trama. Por ultimo, el campo CRC de encabezado es la suma de verificación solo del encabezado. Figura 3.4 (a) Una trama genérica. (b) Una trama de solicitud de ancho de banda Fuente: Tanenbaum, S. (2003) En la figura 3.3 (b) se muestra un segundo tipo de encabezado, para tramas que solicitan ancho de banda. Comienza con un bit 1 en lugar de uno 0 y es similar el encabezado genérico, excepto que el segundo y el tercer bytes forman un arreglo de 16 bits, lo que indica la cantidad de ancho de banda necesaria para transmitir el número de bytes especificados. Las tramas de solicitud de ancho de banda no transmiten datos útiles o un CRC de la trama completa. (Tanenbaum, S. 2003) 3.5 Capa PHY La banda ancha inalámbrica necesita mucho espectro y el único lugar para encontrarlo es en el rango de 2 a 66 GHz. Estas ondas milimétricas tienen una propiedad interesante que las microondas más largas no tienen: viajan en líneas rectas, a diferencia del sonido, pero en forma similar a la luz. Como consecuencia, la estación base puede tener múltiples antenas, cada una apuntando a un sector diferente del terreno circundante. Cada sector tiene sus propios usuarios y es completamente independiente de los sectores adyacentes. 62

68 Debido a que la fuerza de señal en la banda milimétrica desciende drásticamente con la distancia a partir de la estación base, la relación señal a ruido también desciende con la distancia a partir de la estación base. Por esta razón, el estándar emplea tres esquemas de modulación diferentes, dependiendo de la distancia entre la estación suscriptora y la estación base. (Tanenbaum, S. 2003) Para suscriptores a distancias cercanas se utiliza QAM-64, con 6 bits/baudio. Para suscriptores a distancias medias se utiliza QAM-16, con 4 bits/baudio. Para suscriptores distantes se utiliza QPSK, con 2 bits/baudio. Entre más lejos este el suscriptor de la estación base, será más baja la tasa de datos. El estándar proporciona una forma más flexible para asignar el ancho de banda. Se utilizan dos esquemas: FDD (Duplexación por División de Frecuencia) y TDD (Duplexación por División de Tiempo). En el esquema TDD la estación base envía tramas periódicamente. Cada trama contiene ranuras de tiempo. Las primeras son para el tráfico descendente. Después se encuentra el tiempo de protección o guarda, el cual es utilizado por las estaciones para cambiar la dirección. Por ultimo están las ranuras para el tráfico ascendente. El número de ranuras de tiempo dedicadas para cada dirección se puede cambiar de manera dinámica, con el fin de que el ancho de banda en cada dirección coincida con el tráfico. Figura 3.5 Tramas y ranuras de tiempo para duplexación por división de tiempo Fuente: Tanenbaum, S. (2003) 63

69 La estación base asigna el trafico descendente en ranuras de tiempo. Además controla por completo esta dirección. El tráfico ascendente es más complejo y depende de la calidad del servicio requerido. El FDD es cuando a cada usuario se le proporciona dos bandas de frecuencias distintas. En el FDD, cada canal dúplex consiste en realidad de dos canales simplex. En cada receptor se usa un aparato especial llamado duplexor, que también se usa en la estación base, para permitir la transmisión y recepción simultáneas en cada canal dúplex. Otra característica de la capa física es su capacidad de empaquetar múltiples tramas MAC consecutivas en una sola transmisión física. Esta característica mejora la eficiencia espectral al reducir el número de preámbulos y encabezados de capa física necesarios. Otro aspecto que vale la pena mencionar, es el uso de los códigos de Hamming para realizar correcciones de errores hacia adelante en la capa física. La mayoría de las otras redes, se basa simplemente en sumas de verificación para detectar errores y solicitar retransmisiones cuando se reciben tramas erróneas. Pero en el entorno de banda ancha de área amplia, se esperan tantos errores de transmisión que la corrección de errores se emplea en la capa física, además de sumas de verificación en las capas superiores. El objetivo de la corrección de errores es hacer que el canal este apto cuando sea requerido. (Tanenbaum, 2003) 3.6 Dispositivos de red WiMAX Un sistema WiMAX se compone básicamente de dos partes, por un lado están las torres WiMAX, que dan cobertura de hasta 50 km cuadrados según el tipo de señal transmitida. Una estación base es una instalación fija de radio para la comunicación bidireccional. Se usa para comunicar con una o más radios móviles o portátiles. Las estaciones base normalmente se usan para conectar radios bidireccionales de 64

70 baja potencia. La estación base sirve como punto de acceso a una red de comunicación fija (como la Internet o la red telefónica), o para que dos terminales se comuniquen entre sí yendo a través de la estación base. Por otro lado, están los receptores, es decir, las tarjetas que se conectan a un PC, portátil y cualquier equipo con características de recepción para tener acceso. El CPE (Customer Premises Equipment) de WiMAX es un terminal simple plug and play, similar a un módem xdsl, proporciona la conectividad. Para los clientes situados a varios kilómetros de la estación base de WiMAX, una antena al aire libre se puede requerir para mejorar calidad de transmisión. Para servir a clientes alejados se requiere una antena directiva apuntando a la estación base de WiMAX. Para los clientes que solicitan voz, además de servicios de banda ancha, el CPE específico permitirá la conexión del teléfono estándar o de los teléfonos de VoIP. Para las notebooks el CPE consiste en una tarjeta insertable, mientras que para los equipos móviles será un chip WiMAX. (Alvear, C. 2006) Los primeros teléfonos, router y switch desarrollos fueron con antenas outdoor, luego con antenas indoor y actualmente se desarrollan tarjetas USB, tarjetas para laptops y dispositivos móviles: WiMAX Gateway Estos dispositivos están disponibles en las versiones de interior y al aire libre de varios fabricantes. Muchos de los productos de WiMAX son ofrecidos por fabricantes como Airspan, ZyXEL, Huawei, Motorola, y Greenpacket. Y suelen colocarse cerca de la ventana del cliente para la mejor señal WiMAX y proporcionar: Un punto Wi-Fi para proporcionar la conectividad a Internet WiMAX en varios dispositivos en toda la casa o negocio. Puertos Ethernet para poder conectarse directamente a la computadora. Una o dos tomas de teléfono para conectar la línea de teléfono fijo y tomar ventaja de la VoIP. 65

71 La versión interior es conveniente, pero las pérdidas de radio significa que el cliente tendrá que estar mucho más cerca de la estación base WiMAX que con las unidades externas. Las unidades exteriores son más o menos del tamaño de una PC portátil, y su instalación es comparable a la instalación de un residencial de antena parabólica. WiMAX dongles Hay una variedad de dongles USB en el mercado que ofrecen conectividad a una red WiMAX. En general, estos dispositivos están conectados a un portátil o netbook. Los dongles suelen tener antenas omnidireccionales que son de menor ganancia en comparación con otros dispositivos, como tal, estos dispositivos son los más utilizados en zonas de buena cobertura. Los móviles WiMAX WiMAX, es una tecnología que va desarrollándose rápidamente, y esta llegando a la telefonía móvil, por ejemplo, HTC anuncio el primer teléfono móvil WiMAX, el MAX 4G, el 12 de noviembre El dispositivo sólo estaba disponible para ciertos mercados en Rusia. HTC lanzó el segundo teléfono móvil WiMAX, la 4G EVO, 23 de marzo de 2010 en la conferencia CTIA en Las Vegas. El dispositivo puesto a disposición de 04 de junio 2010, cuenta con una cámara frontal que permite el uso de video llamadas. (Actualidad Digital, 2009) Motorota es una de las empresas más importantes en comunicaciones inalámbricas y movilidad, ha empezado a introducir al mercado soluciones WiMAX (802.16e), con el objetivo de satisfacer la creciente demanda de soluciones de banda ancha inalámbrica fija y móvil. 66

72 Motorola ha introducido al mercado la gama Moto Wi4 de las estaciones base, tecnología de antena inteligente y teléfonos multimedia WiMAX. Algunos de sus nuevos productos son 4 nuevos CPE y un Punto de Acceso WiMAX (WAP): El CPEi 775, que combina WiMAX y Wi-Fi para la banda de 3.5GHz, compatible con anchos de banda de 5MHz, 7MHz y 10MHz. El CPEo 450, unidad de exteriores que cuenta con servicio de VoIP, integrado para la banda de 3.5GHz, compatible con anchos de banda de 5MHz, 7MHz y 10MHz. El CPEi 725 para la banda de 2.5GHz. El USBw 200 para las bandas de 2.3, 2.5 y 3.5GHz. El WAP 650 con cobertura de antena 4x4. (Actualidad Digital,2009) Figura 3.6 Disminución de precio del hardware para WiMAX (Recuperado el 16 de noviembre de 2010 de &field=ATTACHED_FILE) 67

73 En la figura (figura 3.6), se muestra como es que están relacionados los costos por usuario con la evolución cronológica de equipos WiMAX, el estándar e tiene una principal proyección en equipos con movilidad y de largo alcance. Sin embargo actualmente los dispositivos móviles son bastante caros. 68

74 CAPÍTULO IV. OPEN HARDWARE PARA REDES INALÁMBRICAS

75 Capítulo 4.1 Open Hardware para redes inalámbricas El hardware libre nace casi a la par del software libre, con la ansiedad de varios investigadores de la Informática, así como de jóvenes estudiosos con la ambición de crear partes de computadoras nuevas, sin algún costo y/o licencia. En este capítulo se hablará de algunos proyectos que han surgido ha partir del interés de gente estudiosa por desarrollar hardware libre. 4.2 Definición Para el hardware libre no existen definiciones exactas puesto que cada autor tiene su propia definición, sin embargo, para este trabajo se definirá como el hardware de código abierto, cuyo diseño está a disposición del público para que cualquiera pueda estudiar, modificar, distribuir, producir y vender el diseño o el hardware basado en el diseño. El hardware de código abierto utiliza componentes y materiales fácilmente disponibles, así como procesos estándar, infraestructura abierta, sin restricciones de contenido y herramientas de código abierto de diseño para maximizar la capacidad de las personas para hacer y usar el hardware. También ofrece a las personas la libertad de controlar su tecnología y al mismo tiempo permite el incrementar los conocimientos y fomentar el comercio mediante el intercambio abierto de diseño. 70

76 El Hardware libre se clasifica en dos: A. Hardware libre Estático El hardware libre estático es simplemente el conjunto de materiales de los sistemas electrónicos. El hardware libre estático, cuenta con ciertas ventajas que a continuación se mencionan: 1.- Cualquier persona lo puede fabricar, simplemente utilizando la imaginación, para crear algo nuevo e innovador. 2.- Cualquier persona lo puede modificar, una vez creado el producto; hay que ponerlo al alcance de todos, para que alguna persona interesada en el tema lo modifique a sus necesidades y realice un mejor proyecto. 3.- Cualquier persona o empresa lo puede comercializar, esto depende de las personas creadoras del nuevo hardware. B. El hardware libre reconfigurable Es aquel lenguaje que está descrito mediante HDL (Hardware Description Languaje). Este tipo de hardware es desarrollado de una manera muy similar al software libre; sus diseños ahora son ficheros de texto en los que se encontrará el código fuente. Si requiere de alguna licencia para trabajar se le configurará la licencia libre; para que siga siendo hardware libre. LENGUAJE HDL El programa se puede escribir en un software que utilice cualquier tipo de lenguaje HDL, esto es para que los diseños se conviertan en ficheros de texto con código fuente (ASCCI), los cuales describirán la parte de la estructura del diseño así como su comportamiento de todas sus partes. Con estos diseños de fichero 71

77 sencillo, se pueden crear librerías que nos conllevarán a la realización y utilización de diseños más complejos. Los ficheros contienen una configuración llamada bitstream (Procesamiento de secuencias en bits), y sirve para convertir cualquier diseño a digital. (Gonzales, I. y Col. 2003) Proyecto Openmoko Openmoko es un proyecto, cuyo objetivo es crear teléfonos móviles de código abierto, lo cual obviamente incluye tanto el hardware (a pesar de las restricciones en algunos países, en relación con la telefonía móvil), como el sistema operativo. Se planearon varios diseños, pero los únicos que realmente se han llevado acabo fueron el Neo Freerunner y el Neo1973 en junio de Una característica interesante del sistema operativo Openmoko (basado en Linux), es que incluye un servidor X completo, que permite a los usuarios y a los desarrolladores transformar el hardware de los móviles en productos únicos. La licencia de Openmoko proporciona a los desarrolladores y a los usuarios libertad para realizar cambios estéticos o transformarlo radicalmente, también provee con los archivos CAD bajo licencia Creative Commons. El primer teléfono celular para correr Openmoko fue el modelo Neo1973 (Figura 4.1), que ofrece unas cuantas características interesantes. En principio, se ofreció sin proveedor de telefonía por lo que el comprador tendrá la total libertad de elegirlo. El Neo1973 viene equipado con una tarjeta SanDisk microsd de 512 megabytes, batería y cargador. Existe una versión básica y otra más equipada, cable USB Host Mode, cable Debug Flex, placa Debug Board v2 con JTAG y consola serial (estas tres herramientas muy útiles para quienes gusten de desarrollar software para el Neo1973), y un paquete de herramientas Torx. 72

78 Figura 4.1 Primer dispositivo Neo1973 (Recuperado el 8 de noviembre de 2010 de El Neo Freerunner (Figura 4.2) es el segundo teléfono móvil elaborado para el sistema operativo Openmoko. Este teléfono es más bien una mejora al Neo1973 ya que el aspecto físico es prácticamente el mismo y las especificaciones comparten algunas características con el modelo anterior, se citan a continuación: 1.- Pantalla táctil de alta resolución (1.7" x 2.27") 480x640 pixeles. 2.- Cuenta con una de memoria SDRAM de128mb para permitir la ejecución de varias aplicaciones a la vez. 3.- Módulo GPS interno para programas de posicionamiento y navegación. 4.- Bluetooth para el intercambio local de datos. 5.- Cuenta una tarjeta inalámbrica para b/g Wi-Fi, para rápida transferencia de datos y navegación web. 6.- Un procesador más rápido a 400Mhz (en comparación con 266MHz del Neo1973). 73

79 7.- Cuenta con iluminación de los botones en el borde de la carcasa (una luz bicolor en botón POWER, y una luz de color rojo en el botón AUX). 8.- Esta equipado con tribanda GSM y GPRS 850/1800/1900 MHz para Norte América y 900/1800/1900 MHz para el resto del mundo. Figura 4.2 Segundo dispositivo Neo Freerunner (Recuperado el 8 de noviembre de 2010 de Openmoko sigue desarrollando mejoras para sus dispositivos a través de sus usuarios, y estas se encuentran en el portal de Openmoko para ser descargadas e instaladas en los teléfonos móviles antes descritos. (Openmoko) Proyecto Bugwifi Bug es una compañía dedicada al desarrollo de dispositivos inalámbricos con código abierto, mediante su plataforma Bug que es muy flexible ya que permite a los clientes diseñar y producir prototipos de nuevos dispositivos inalámbricos con rapidez y eficacia. Bug brinda la facilidad de la fabricación hasta la posibilidad de realizar una cadena de pruebas para la certificación de dispositivos inalámbricos. (Bug) 74

80 Bug es un sistema de creación de prototipos, pero también es una combinación muy flexible y potente de los productos modulares Bug, nube de aplicaciones y servicios. La metodología que usa Bug es la siguiente: prototipo-piloto-producir, con esta metodología el usuario puede fácilmente llevar las ideas al mercado más rápido y más eficientemente que cualquier otro enfoque. Figura 4.3 Plataforma de Bug (Recuperado el 10 de noviembre de 2010 de Básicamente para poder trabajar con la plataforma de Bug (Figura 4.3) se necesitan dos elementos el BugbasesTM y BugmodulesTM: 1.- El Bugbase es un hardware que se encuentra disponible en diversas ediciones (Bugwifi, Bug YT, entre otros), dicho dispositivo es el cerebro y proporciona, almacenamiento y servicios de red. En primer lugar se debe tener en cuenta que el Bugbase cuenta con un software que esta compuesto de un conjunto de aplicaciones: 75

81 A) Dragonfly que es un kit de software completo para desarrollo basado en la plataforma Eclipse. B) Bugnet es un portal interactivo de contenido para administrar y almacenar aplicaciones y datos. C) La plataforma de innovación wireles (WIP), es un programa diseñado específicamente para empresas que buscan reducir drásticamente el tiempo y la complejidad, que implica la introducción de innovaciones en el mercado inalámbrico. 2.- Bugmodules son unidades funcionales, plug-and-play que añaden capacidades al Bugbase. Este ultimo cuenta con hasta cuatro conexiones físicas para dichos módulos y un número ilimitado de conexiones inalámbricas, a través de Bluetooth y Wi-Fi. A continuación se mencionan dos de los paquetes más funcionales que se venden en el mercado: A) El Bugbundle ULTIMATE (Figura 4.4), que ayuda a las empresas reducir significativamente el tiempo y los costes derivados de la incorporación de dispositivos inalámbricos en el mercado. Figura 4.4 Bugbundle ULTIMATE (Recuperado el 11 de noviembre de 2010 de 76

82 B) Un Bugbundle (Figura 4.5) especialmente diseñado para los desarrolladores e investigadores con experiencia. (Bug) Figura 4.5 Bugbundle (Recuperado el 11 de Noviembre de 2010 de Proyecto Fonera FON es una compañía que creo una comunidad Wi-Fi, que proporciona una novedosa forma de conectarse a Internet, a través de su router Fonera, en muchas partes del mundo como son Europa, Asia y América del Norte. El origen del nombre de FON, proviene de la raíz del nombre utilizado para su router Fonera. La compañía FON divide a sus clientes en tres tipos de usuarios: los Linus, los Bills y los Aliens. Los Aliens son usuarios que no comparten su conexión a internet (por que son usuarios que no pertenecen a la compañía, pero solicitan el servicio de internet) y se conectan a un punto de acceso FON previo pago. Los usuarios Linus comparten su ancho de banda y a cambio obtienen Wi-Fi gratis donde haya otro usuario compartiendo su conexión. 77

83 Los Bill comparten su ancho de banda y además se quedan con el 50% de los beneficios que genere su punto de acceso por las conexiones de Aliens. También pueden conectarse a otros puntos de acceso de FON. Para dicho servicio como ya se menciono anteriormente, FON ofrece sus propios router Wi-Fi los cuales se describen a continuación: La Fonera (figura 4.6) que es el primer dispositivo de FON, es un router Wi-Fi especialmente diseñado por FON. La Fonera también funciona como un punto de acceso, este solo se conecta a un cable Ethernet para empezar a compartir el internet de forma inalámbrica. Emite dos señales Wi-Fi: una encriptada para uso personal, y otra que lleva a un Portal Cautivo (es un programa que vigila el tráfico HTTP y fuerza a los usuarios a pasar por una página especial si quieren navegar por Internet de forma normal), para que el resto de usuarios puedan conectarse de forma segura. Figura 4.6 Router La Fonera (Recuperado el 13 de noviembre de 2010 de 78

84 Especificaciones técnicas A) Dimensiones: 93.5 mm x 25.5 mm x 70 mm (excluyendo la antena). B) Entrada de alimentación 2100: V ~ Hz 0.3A. Output: 5V, 2.0A DC. C) Consumo de energía: 4 Watios. D) Memoria Flash: 8 MB / SDRAM: 16 MB. E) Conector de antena: conector RP-SMA (SMA inverso). F) Antena: Antena omnidireccional desmontable (2dBi). G) Autentificación: WEP 64bit/128 bit, WPA, WPA2, WPA mixed. H) Estándares: IEEE b / g (hasta 54 Mbps). Figura 4.7 Router La Fonera+ (Recuperado el 13 de noviembre de 2010 de 79

85 La Fonera+, (figura 4.7) es el segundo router Wi-Fi diseñado por FON. Al contrario que La Fonera, La Fonera+ viene con un puerto LAN Ethernet y cuatro LED que muestran al cliente el estatus de todas las actividades de su router: ya sea si está conectado o si esta compartiendo Wi-Fi con otros usuarios en ese momento. Especificaciones Técnicas A) Dimensiones: 93.5 mm x 25.5 mm x 110 mm (excluyendo antena). B) Conector de antena: Conector RP-SMA (SMA inverso). C) Antena: Antena desmontable externa (1,5dBi). D) Autenticación: WEP 64bit/128 bit, WPA, WPA2, WPA mixed. E) Estándares: IEEE b / g (hasta 54 Mbps). F) Cuenta con 1 puerto Ethernet WAN (10/100Mbps), para internet y también 1 puerto Ethernet LAN (10/100Mbps), para conexiones al ordenador y otros dispositivos. G) Cuenta con dos SSID uno público (llamado FON), que esta sin encriptar y otro privado (llamado MyPlace), encriptado con WPA-PSK. La Fonera 2.0n (Figura4.8) es el más reciente router de FON, el cual es compatible con los estándares b/g/n y el 802.3u, esta basado en Linux 2.4, cuenta con un firmware basado en OpenWRT y esta modificado para hacerlo funcionar como un punto de acceso cautivo. Simplemente debe ser conectado a una conexión ADSL, con esto se crea un FON Spot (punto seguro de conexión FON), que permite compartir la señal Wi-Fi con otros usuarios de FON. Las aplicaciones que ofrece el router Fonera 2.0n son verdaderamente interesantes por ello vale la pena que se mencionen algunas de ellas: 80

86 Descarga torrentes incluso con el ordenador apagado. Sube vídeos incluso con el ordenador apagado. Cuenta con un gestor para subir fotos automáticamente conectando cualquier sistema de almacenamiento USB a la Fonera 2.0n. Accede a un Disco Duro externo de forma inalámbrica por medio de la tecnología NAS (del inglés Network Attached Storage). Ofrece la posibilidad de conectar un hub USB y tantos periféricos (webcams, impresoras y otros) como sea posible. Ofrece transferencia de archivos en alta velocidad, hasta 300 Mbps con n. Para la seguridad se puede escoger entre los siguientes sistemas de encriptación: WEP 64bit/128 bit, WPA, WPA2 y WPA mixta. El router Fonera 2.0n cuenta con las siguientes características físicas: 1.- Cuenta con un puerto Ethernet WAN (10/100Mbps) para internet, 4 puertos Ethernet LAN (10/100Mbps) para conexión de otros dispositivos (ordenadores, impresora en red) y un puerto USB 2.0/1.1 para tarjeta 3G-modem. 2.- Botones de Reset/Wi-Fi Protected Setup y de encendido para Wi-Fi. 3.- Trae integradas dos antenas dipolo de 3dBi (2T2R con Tecnología MIMO). 5.- Ofrece las siguientes modulaciones: b: CCK/QPSK, BPSK, g: OFDM/BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM, n: OFDM/BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Para acceder a la consola de gestión se debe escribir Fonera en la barra de direcciones de el navegador web mientras se esta conectado a la Fonera 2.0n. Esta consola permite una gestión sencilla para tener un control absoluto de las subidas, descargas, aplicaciones y configuración de la Fonera 2.0n. 81

87 Figura 4.8 Router La Fonera 2.0n (Recuperado el 14 de noviembre de 2010 de Finalmente en la tabla 3.1 se hace una comparación de las características del router Fonera con otros comerciales, la Fonera da muchas ventajas en comparación de los otros router. (Fon) Tabla 4.1 Comparación con otros router (Recuperado el 16 de noviembre de 2010 de 82

88 CAPÍTULO V. PROPUESTAS DE INTERCONEXIÓN DE REDES Wi-Fi/WiMAX

89 Capítulo 5.1 Propuestas de interconexión de Redes Wi-Fi/WiMAX Se investigó la tecnología existente en circuitos integrados (IC), de moduladores, demoduladores, amplificadores, convertidores A/D, convertidores D/A. Sin embargo pocos dispositivos trabajan con las frecuencias que se necesitan para este proyecto. (Ver tabla 5.1) 84

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