Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College

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1 UNIVERSIDAD DE SEVILLA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS PROYECTO FIN DE CARRERA Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College José Javier Anguís Horno Marzo 2008

2 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College AUTOR: D. José Javier Anguís Horno TUTOR: Dr. D. José Ramón Cerquides Bueno Ingeniería de Telecomunicación Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla Marzo de 2008

3 Agradecimientos A mi profesor y tutor D. José Ramón, un profesional como la copa de un pino... A TCNS Limited, por permitirme que me encargara de la elaboración y de la ejecución de este interesante proyecto A Nacho, por su ayuda inestimable con los planos A todos aquellos que me ayudaron a levantarme todas las veces que caí a lo largo de estos años; esto también es vuestro Pero sobre todo a mis padres, sin ellos NADA hubiera sido posible.

4 Índice Prólogo... 1 PARTE I: Estudio Teórico de las Redes de Área Local Inalámbricas Capítulo 1: INTRODUCCIÓN A LAS WLANS LAS REDES INALÁMBRICAS TECNOLOGÍAS Y ESTÁNDARES INALÁMBRICOS FAMILIA IEEE (WI-FI) HIPERLAN (HIGH PERFORMANCE RADIO LAN) HIPERLAN/2 (HIGH PERFORMANCE RADIO LAN/2) DECT (DIGITAL ENHANCED CORDLESS TELECOMMUNICATIONS) IRDA BLUETOOTH ZIGBEE WIMAX GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS) GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELEPHONE STANDARD) HSDPA (HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS) HSUPA (HIGH SPEED UPLINK PACKET ACCESS) PRINCIPIOS DE LAS WLANS CÓMO TRABAJAN BANDA DE FRECUENCIAS SEGURIDAD i -

5 1.4. RESEÑA HISTÓRICA DE LAS WLANS APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS WLANS ALGUNOS EJEMPLOS REALES DE WLANS Proyecto TEBATREN Aplicado al Metro de Madrid Proyecto NERPIO-SAT VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS WLANS VENTAJAS INCONVENIENTES COMPARATIVA ENTRE WLAN Y LAN CABLEADAS EFECTOS DE LA RADIACIÓN EN LA SALUD Capítulo 2: FAMILIA IEEE INTRODUCCIÓN ARQUITECTURA DE LA FAMILIA IEEE ARQUITECTURA LÓGICA-FUNCIONAL. COMPONENTES BÁSICOS MODELO DE REFERENCIA TOPOLOGÍAS DE RED Modo Ad Hoc o IBSS (Independient Basic Service Set) Modo Infraestructura o BSS (Basic Service Set) Modo BSS Extendido o ESS (Extended Service Set) LA CAPA FÍSICA ESPECTRO RADIOELÉCTRICO TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN Técnicas de Espectro Ensanchado...37 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Comparativa TÉCNICAS DE MODULACIÓN GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) PSK (Phase Shift Keying) DPSK (Differential phase shift keying) Otras Modulaciones LA CAPA MAC FUNCIÓN DE COORDINACIÓN DISTRIBUIDA Protocolo de Acceso al Medio...52 Colisiones MACA (MultiAccess Collision Avoidance) NAV (Network Allocation Vector) Fragmentación Y Reensamblado FUNCIÓN DE COORDINACIÓN PUNTUAL FORMATO DE TRAMA MAC Preámbulo Cabecera PLCP Datos MAC...61 Control de Trama SERVICIOS BÁSICOS Y GESTIÓN DE MOVILIDAD GESTIÓN DE POTENCIA SINCRONIZACIÓN SEGURIDAD ii -

6 SSID FILTRADO DE DIRECCIONES MAC WEP (WIRED EQUIVALENT PRIVACY) Autenticación WEP...67 Open System Authentication Shared Key Authentication Encriptación WEP Debilidades de WEP WPA / WPA Autenticación...70 PSK (Pre-Shared Key) x, EAP y RADIUS Encriptación WPA WPA Es WPA/WPA2 perfecto? PRINCIPALES PROTOCOLOS DE LA FAMILIA IEEE Capítulo 3: TECNOLOGÍA MIMO INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES DE MIMO DIVERSIDAD HISTORIA DE MIMO DEFINICIÓN DE MIMO DIFERENCIAS CON UN SISTEMA SMART ANTENNA TÍPICO USO INCORRECTO DEL TÉRMINO MIMO PRINCIPALES TÉCNICAS DE MIMO DIVERSIDAD DE ANTENAS Diversidad de recepción Diversidad de transmisión MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL O SPATIAL MULTIPLEXING (SM) PRECODING Y BEAMFORMING FUNCIONAMIENTO DE MIMO PROPAGACIÓN MULTICAMINO. DISTORSIONES DEL CANAL RADIO CÓMO FUNCIONA MIMO EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DE MIMO: WLAN QUE OPERA BAJO EL ESTÁNDAR N APLICACIONES Y BENEFICIOS DE MIMO APLICACIONES MIMO BENEFICIOS TIPOS DE MIMO SU-MIMO (O MULTI-ANTENNA MIMO) MU-MIMO (O MULTI-USER & MULTI-ANTENNA MIMO) Técnicas SDMA y otras técnicas MU-MIMO Clasificación de MU-MIMO Punto a Multipunto: Multipunto a Multipunto BREVE DESCRIPCIÓN MATEMÁTICA DE MIMO iii -

7 Capítulo 4: POWER-OVER-ETHERNET (PoE) INTRODUCCIÓN IMPLEMENTACIONES ESTÁNDAR DE POE: IEEE 802.3AF ARQUITECTURA FÍSICA DE UN SISTEMA POE 802.3AF ALIMENTACIÓN DEL PD ETAPAS PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN ENLACE POE 802.3AF Detección Clasificación Arranque Alimentación INCONVENIENTES DE 802.3AF UNA EXTENSIÓN DE 802.3AF: IEEE 802.3AT IMPLEMENTACIONES NO ESTÁNDAR DE POE PARTE II: Proyecto Técnico para la Red de Área Local Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College Sección 1: MEMORIA DESCRIPTIVA. PLIEGO DE CONDICIONES ANTECEDENTES OBJETO DEL PROYECTO LOCALIZACIÓN DESCRIPCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO SITUACIÓN ACTUAL ARQUITECTURA LÓGICA Y FUNCIONAL ARQUITECTURA FÍSICA REQUISITOS DEL CLIENTE DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA SOLUCIÓN INICIAL ADOPTADA PLAN DE ACTUACIÓN Sección 2: ACTUACIONES PREVIAS INTRODUCCIÓN INSPECCIÓN DEL LUGAR POTENCIA MÍNIMA RECIBIDA iv -

8 2.4. MODELO DE PÉRDIDAS ESTUDIOS PREVIOS DE COBERTURA ESTUDIO DE COBERTURA TEÓRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO ESTUDIO DE COBERTURA EMPÍRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO CONCLUSIONES Sección 3: DISEÑO DE LA WLAN INTRODUCCIÓN MODELO DE REFERENCIA CAPA FÍSICA CAPA DE ENLACE ARQUITECTURA LÓGICA ARQUITECTURA FÍSICA DESCRIPCIÓN DE EQUIPAMIENTO ETIQUETADO DEL EQUIPAMIENTO LOCALIZACIÓN DE LOS EQUIPOS LOCALIZACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO LOCALIZACIÓN DEL RESTO DE EQUIPOS CONEXIONES TABLAS DE CONEXIONES DETALLES DE CONEXIONES Conexión del AP con el PoE Splitter Conexión del PoE Splitter con el PoE Switch Conexión del PoE Switch con el Switch Central DIRECCIONAMIENTO SEGURIDAD Sección 4: CONFIGURACIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA WLAN INTRODUCCIÓN CONFIGURACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO CONFIGURACIÓN DE FÁBRICA POR DEFECTO CONEXIÓN AL PUNTO DE ACCESO CONFIGURACIÓN DE PARÁMETROS BÁSICOS CONFIGURACIÓN DE LOS PARÁMETROS INALÁMBRICOS CONFIGURACIÓN DE LA SEGURIDAD INSTALACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO INSTALACIÓN DEL LOS SPLITTERS POE INSTALACIÓN DEL SWITCH POE v -

9 Sección 5: PRUEBAS DE VERIFICACIÓN INTRODUCCIÓN ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES DE LOS EQUIPOS AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN INTEGRACIÓN EN LA LAN DE DATOS ROAMING O ITINERANCIA ENTRE CÉLULAS CONECTIVIDAD COBERTURA Sección 6: ESTUDIO DE COBERTURA INTRODUCCIÓN HARDWARE Y SOFTWARE EMPLEADO EN EL ESTUDIO PROCESO DE MEDIDAS PLANTA BAJA INFORMACIÓN GENERAL NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO CONCLUSIONES PLANTA PRIMERA INFORMACIÓN GENERAL NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO CONCLUSIONES PLANTA SEGUNDA INFORMACIÓN GENERAL NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO CONCLUSIONES Sección 7: PLANOS Sección 8: ANEXOS ANEXO A: HARDWARE EMPLEADO PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN Características principales: Especificaciones técnicas POE SWITCH ZYXEL ES-2024 PWR Especificaciones técnicas POE SPLITTER LEVELONE POS Especificaciones técnicas ANEXO B: PRESUPUESTO ECONÓMICO ANEXO C: REPORTAJE FOTOGRÁFICO vi -

10 Conclusiones Bibliografía y Referencias Glosario de términos vii -

11 Lista de ilustraciones y figuras PARTE I: Estudio Teórico de las Redes de Área Local Inalámbricas ILUSTRACIÓN 1-1: COMPARATIVA DISTINTOS TIPOS DE REDES SEGÚN COBERTURA Y VELOCIDAD...5 ILUSTRACIÓN 1-2: COMPARACIÓN DE LAS DISTINTAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS EN CUANTO A MOVILIDAD Y VELOCIDAD...11 ILUSTRACIÓN 1-3: ARQUITECTURA DEL PROYECTO TEBATREN APLICADO AL METRO DE MADRID...21 ILUSTRACIÓN 2-1: ESTÁNDARES IEEE ILUSTRACIÓN 2-2: ARQUITECTURA LÓGICA-FUNCIONAL DE IEEE ILUSTRACIÓN 2-3: ADAPTADORES INALÁMBRICOS...29 ILUSTRACIÓN 2-4: MODELO OSI Y FAMILIA IEEE ILUSTRACIÓN 2-5: MODELO DE REFERENCIA DETALLADO DE IEEE ILUSTRACIÓN 2-6: MODO AD HOC CON 2 ESTACIONES...32 ILUSTRACIÓN 2-7: MODO AD HOC CON 4 ESTACIONES...32 ILUSTRACIÓN 2-8: MODO INFRAESTRUCTURA O BSS...33 ILUSTRACIÓN 2-9: MODO ESS...34 ILUSTRACIÓN 2-10: DIAGRAMA DESCRIPTIVO DE LA CAPA IEEE Y SUS EXTENSIONES...35 ILUSTRACIÓN 2-11: FUNCIONAMIENTO FHSS...39 ILUSTRACIÓN 2-12: PROCEDIMIENTO DE ENSANCHADO ILUSTRACIÓN 2-13: PROCESO DE CODIFICACIÓN...41 ILUSTRACIÓN 2-14: ESQUEMA DEL TRANSMISOR DSSS...41 ILUSTRACIÓN 2-15: EFECTO DEL ENSANCHADO SOBRE EL RUIDO ILUSTRACIÓN 2-16: ESQUEMA DE UN RECEPTOR DSSS...42 ILUSTRACIÓN 2-17: FUNCIONAMIENTO DSSS...43 ILUSTRACIÓN 2-18: DISTRIBUICIÓN DE CANALES DSSS...44 ILUSTRACIÓN 2-19: CANALES NO SOLAPADOS...44 ILUSTRACIÓN 2-20: DISTRIBUCIÓN DE CELDAS Y CANALES...45 ILUSTRACIÓN 2-21: SUBPORTADORAS ORTOGONALES DE OFDM...45 ILUSTRACIÓN 2-22: SEÑALES 2-GFSK viii -

12 ILUSTRACIÓN 2-23: SEÑALES 4-GFSK...48 ILUSTRACIÓN 2-24: MODULADOR DQPSK-CCK...50 ILUSTRACIÓN 2-25: MODELO DE REFERENCIA DE LA CAPA MAC...51 ILUSTRACIÓN 2-26: FUNCIONAMIENTO DE CSMA/CA...53 ILUSTRACIÓN 2-27: PROBLEMA DE LA ESTACIÓN OCULTA...56 ILUSTRACIÓN 2-28: INTERCAMBIO DE MENSAJES RTS/CTS...57 ILUSTRACIÓN 2-29: NAV...58 ILUSTRACIÓN 2-30: FORMATO DE UNA TRAMA IEEE GENÉRICA...60 ILUSTRACIÓN 2-31: FORMATO DE UNA TRAMA MAC GENÉRICA...61 ILUSTRACIÓN 2-32: CONTENIDO DEL CAMPO CONTROL DE TRAMA...61 ILUSTRACIÓN 2-33: NIVELES DE SEGURIDAD EN UNA WLAN...65 ILUSTRACIÓN 2-34: OPEN SYSTEM AUTHENTICATION...68 ILUSTRACIÓN 2-35: SHARED KEY AUTHENTICATION...68 ILUSTRACIÓN 2-36: ARQUITECTURA FUNCIONAL DEL PROTOCOLO 802.1X...72 ILUSTRACIÓN 2-37: DIÁLOGO EAPOL RADIUS...72 ILUSTRACIÓN 3-1: N, LA CUARTA GENERACIÓN DE WLANS ILUSTRACIÓN 3-2: DIAGRAMAS DE LOS SISTEMAS SISO, MISO Y SIMO RESPECTIVAMENTE...80 ILUSTRACIÓN 3-3: DIAGRAMA DE UN SISTEMA MIMO...80 ILUSTRACIÓN 3-4: SISTEMA MISO: DIVERSIDAD EN TRANSMISIÓN Y BEAMFORMING...84 ILUSTRACIÓN 3-5: SISTEMA SIMO: DIVERSIDAD EN RECEPCIÓN...84 ILUSTRACIÓN 3-6: TÍPICO SISTEMA SMART ANTENNA CON DIVERSIDAD EN TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN Y BEAMFORMING...85 ILUSTRACIÓN 3-7: SISTEMA MIMO...85 ILUSTRACIÓN 3-8: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR SELECCIÓN...87 ILUSTRACIÓN 3-9: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR CONMUTACIÓN...88 ILUSTRACIÓN 3-10: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR COMBINACIÓN...88 ILUSTRACIÓN 3-11: DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN TRANSMISOR CON CODIFICADOR ESPACIO-TIEMPO...89 ILUSTRACIÓN 3-12: MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL...90 ILUSTRACIÓN 3-13: LAS SEÑALES MULTICAMINO QUE LLEGUEN LIGERAMENTE DESFASADAS CREARÁN UNA SEÑAL MÁS DÉBIL AL COMBINARSE CON LA SEÑAL PRIMARIA EN EL RECEPTOR...92 ILUSTRACIÓN 3-14: LAS SEÑALES MULTICAMINO QUE LLEGUEN CON UN DESFASE DE 180º CANCELARÁN COMPLETAMENTE A LA SEÑAL PRIMARIA...93 ILUSTRACIÓN 3-15: DISTORSIONES PRESENTES EN EL CANAL INALÁMBRICO...93 ILUSTRACIÓN 3-16: ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA MIMO...94 ILUSTRACIÓN 3-17: EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DE MIMO EN UNA WLAN QUE OPERA CON EL ESTÁNDAR N...96 ILUSTRACIÓN 3-18: CONCEPTO BÁSICO DE MU-MIMO ILUSTRACIÓN 3-19: MODELO DE UN CANAL MIMO ILUSTRACIÓN 4-1: EJEMPLO DE SISTEMA POE CON UN PSE ENDPOINT ILUSTRACIÓN 4-2: EJEMPLO DE SISTEMA POE CON PSE MIDSPAN ILUSTRACIÓN 4-3: CONECTOR RJ ILUSTRACIÓN 4-4: PINES DE UN CABLE CAT5 RJ ILUSTRACIÓN 4-5: ALTERNATIVA A. ENDSPAN. ALIMENTACIÓN POR LOS PARES DE DATOS ILUSTRACIÓN 4-6: ALTERNATIVA B. MIDSPAN. ALIMENTACIÓN POR LOS PARES LIBRES ILUSTRACIÓN 4-7: TÍPICO FRONT-END DE UN PD COMPATIBLE CON POE 802.3AF ILUSTRACIÓN 4-8: PROCESOS DE DETECCIÓN, CLASIFICACIÓN Y ALIMENTACIÓN DE UN PD SEGÚN EL ESTÁNDAR 802.3AF ILUSTRACIÓN 4-9: MÉTODO DE DETECCIÓN PROPIETARIO DE CISCO PARA POWER-OVER-ETHERNET ILUSTRACIÓN 4-10: FRONT-END DE UN PD QUE SOPORTA LA SOLUCIÓN PROPIETARIA DE CISCO PARA POE Y EL ESTÁNDAR IEEE 802.3AF ix -

13 PARTE II: Proyecto Técnico para la Red de Área Local Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College FIGURA 1-1: LOGOTIPO Y SEDE SOCIAL DE TCNS FIGURA 1-2: LOGOTIPO DE WLTC FIGURA 1-3: LOCALIZACIÓN DEL REINO UNIDO FIGURA 1-4: LOCALIZACIÓN DE BIRMINGHAM (REINO UNIDO) FIGURA 1-5: LOCALIZACIÓN DE WHEELERS LANE TECHNOLOGY COLLAGE FIGURA 1-6: ARQUITECTURA LÓGICA DE LA LAN ACTUAL DE WLTC FIGURA 1-7: ARQUITECTURA LÓGICA DE LA LAN DE DATOS DE WLTC AL DETALLE FIGURA 1-8: ARMARIOS DE CABLEADO DE ICT SERVER ROOM FIGURA 1-9: DETALLE DE LAS ROSETAS DE CONEXIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO, CERCANAS AL FALSO TECHO FIGURA 3-1: MODELO DE REFERENCIA DE LA WLAN DE WLTC FIGURA 3-2: ARQUITECTURA LÓGICA DE RED DE LA WLAN DE WLTC, INTEGRADA EN LA LAN DE DATOS FIGURA 3-3: INTEGRACIÓN LÓGICA DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS DE WLTC FIGURA 3-4: ARQUITECTURA FÍSICA DE RED DE LA WLAN DE WLTC, INTEGRADA EN LA LAN DE DATOS FIGURA 3-6: LOCALIZACIÓN DEL POE SWITCH EN LOS RACKS DE LA ICT SERVER ROOM FIGURA 3-7: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SPLITTER CON AL AP NO COMPATIBLE CON POE FIGURA 3-8: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SPLITTER CON EL POE SWITCH FIGURA 3-9: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SWITCH CON EL SWITCH CENTRAL FIGURA 4-1: ASPECTO DE LA PÁGINA DE CONFIGURACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO FIGURA 4-2: DETALLE DEL PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN FIGURA 4-3: DETALLE DE LAS ABRAZADERAS FIGURA 4-4: DETALLE DE LOS ORIFICIOS DE LOS BORDES DEL PUNTO DE ACCESO FIGURA 4-5: DETALLE DE LA INSTALACIÓN DE LAS ABRAZADERAS EN LOS ORIFICIOS DEL PUNTO DE ACCESO FIGURA 4-6: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO A LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DEL FALSO TECHO FIGURA 4-7: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS SPLITTERS A LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DEL FALSO TECHO FIGURA 4-8: DETALLE DEL CONEXIONADO DEL POE SPLITTER CON LA ROSETA DE CONEXIÓN FIGURA 4-9: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS ANCLAJES AL SWITCH FIGURA 4-10: DETALLE DE LA FIJACIÓN DEL SWITCH AL RACK FIGURA 5-1: MODIFICACIÓN DE LA ARQUITECTURA LÓGICA DE LA RED FIGURA 5-2: MODIFICACIÓN DE LA ARQUITECTURA FÍSICA DE LA RED FIGURA 5-3: LOCALIZACIÓN DE LOS POE SWITCHES EN LOS RACKS DE LA ICT SERVER ROOM FIGURA 5-4: DETALLE DE CONEXIÓN DE LOS POE SWITCHES CON EL SWITCH CENTRAL FIGURA 6-1: ASPECTO DE LA APLICACIÓN INTEL PROSET/WIRELESS EN EJECUCIÓN FIGURA 6-2: ASPECTO DE LA APLICACIÓN VISIT WAVE SITE SURVEY EN EJECUCIÓN FIGURA 6-3: ASPECTO DE VISIT WAVE SITE REPORT EN EJECUCIÓN FIGURA 6-4: PROCESO DE RECOLECCIÓN DE DATOS FIGURA 6-5: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL DE LA PLANTA BAJA FIGURA 6-6: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-7: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-8: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA BAJA CON UN UMBRAL DE -72DBM FIGURA 6-9: COBERTURA DE AP1 EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-10: COBERTURA DE AP2 EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-11: COBERTURA DE AP3 EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-12: COBERTURA DE AP4 EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-13: COBERTURA DE AP5 EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-14: COBERTURA DE AP6 EN LA PLANTA BAJA x -

14 FIGURA 6-15: COBERTURA DE AP7 EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-16: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA BAJA FIGURA 6-17: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-18: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-19: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-20: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA BAJA CON UN UMBRAL DE -72DBM FIGURA 6-21: COBERTURA DE AP8 EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-22: COBERTURA DE AP9 EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-23: COBERTURA DE AP10 EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-24: COBERTURA DE AP11 EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-25: COBERTURA DE AP12 EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-26: COBERTURA DE AP13 EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-27: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA PRIMERA FIGURA 6-28: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-29: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-30: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-31: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA SEGUNDA CON UMBRAL DE -72DBM..238 FIGURA 6-32: COBERTURA DE AP14 EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-33: COBERTURA DE AP15 EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-34: COBERTURA DE AP16 EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-35: COBERTURA DE AP17 EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-36: COBERTURA DE AP18 EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-37: COBERTURA DE AP19 EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 6-38: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA SEGUNDA FIGURA 8-1: PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN FIGURA 8-2: PANEL TRASERO DEL PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN FIGURA 8-3: POE SWITCH ZYXEL ES-2024PWR FIGURA 8-4: PANEL FRONTAL DEL POE SWITCH ZYXEL ES-2024PWR FIGURA 8-5: POE SPLITTER LEVELONE POS xi -

15 Lista de tablas PARTE I: Estudio Teórico de las Redes de Área Local Inalámbricas TABLA 1-1: COMPARATIVA ENTRE LOS DISTINTOS TIPOS DE REDES...5 TABLA 1-2: PRINCIPALES ESTÁNDARES DE LA FAMILIA IEEE TABLA 1-3: CARACTERÍSTICAS DE HOMERF...8 TABLA 1-4: COMPARACIÓN ENTRE WI-FI Y WIMAX...10 TABLA 1-5: EVOLUCIÓN DE LA NORMA TABLA 1-6: COMPARATIVA WLAN - LAN CABLEADAS...24 TABLA 2-1: BANDA 2.4GHZ SEGÚN LA REGIÓN ITU-R...36 TABLA 2-2: TABLA COMPARATIVA DE TÉCNICAS DE PROPAGACIÓN...46 TABLA 2-3: PRINCIPALES ESTÁNDARES DE LA FAMILIA IEEE TABLA 3-1: EVOLUCIÓN DE MIMO...81 TABLA 4-1: FASES PARA LA ALIMENTACIÓN POE DE UN PD COMPATIBLE CON IEEE 802.3AF TABLA 4-2: CLASES DE PDS SEGÚN CONSUMO DE POTENCIA DEL ESTÁNDAR IEEE 802.3AF PARTE II: Proyecto Técnico para la Red de Área Local Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College TABLA 2-1: TABLA DE SENSIBILIDADES DEL RECEPTOR DE NETGEAR SEGÚN LA VELOCIDAD TABLA 2-2: PÉRDIDAS SEGÚN EL TIPO DE PARED ATRAVESADA TABLA 2-3: MEDIDAS PARA CARACTERIZAR EL COEFICIENTE K TABLA 3-1: LISTA DE EQUIPOS NECESARIOS TABLA 3-2: TABLA DE ETIQUETADO DE LOS EQUIPOS xii -

16 TABLA 3-3: TABLA DE ASIGNACIÓN DE CANALES A LOS PUNTOS DE ACCESO TABLA 3-4: TABLA DE CONEXIONES DE LOS PUNTOS DE ACCESO TABLA 3-5: TABLA DE CONEXIONES DEL PANEL DE CONEXIONES TABLA 3-6: TABLA DE CONEXIONES DEL POE SWITCH TABLA 3-7: TABLA DE DIRECCIONES IP DE LOS PUNTOS DE ACCESO TABLA 4-1: PARÁMETROS DE FÁBRICA DE NETGEAR RANGEMAX WPN802 ACCESS POINT TABLA 5-1: PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES TABLA 5-2: NUEVAS PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES TABLA 5-3: PRUEBAS DE AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN TABLA 5-4: PRUEBAS DE INTEGRACIÓN DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS TABLA 5-5: PRUEBAS DE ROAMING TABLA 5-6: PRUEBAS DE CONECTIVIDAD TABLA 5-7: PRUEBAS DE COBERTURA TABLA 6-1: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA BAJA TABLA 6-2: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA PRIMERA TABLA 6-3: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA SEGUNDA TABLA 8-1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS NETGEAR RANGEMAX WPN TABLA 8-2: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ZYXEL ES-2024PWR TABLA 8-3: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS LEVELONE POS TABLA 8-4: PRESUPUESTO xiii -

17 Prólogo El presente Proyecto Fin de Carrera Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College intenta ser un completo estudio de las redes inalámbricas de área local en general, y de la tan arraigada familia de protocolos IEEE (más popularmente conocido como WiFi) en particular. Subrayar que, si bien es cierto que se ha pretendido huir de un tratamiento excesivo de una terminología científica-ingenieril complicada, resulta necesario el conocimiento de algunos conceptos básicos en el campo de las telecomunicaciones para una óptima comprensión de esta edición. Hemos estructurado el documento en dos partes bien diferenciadas, pero a su vez complementarias. La primera parte se dedica a la exposición teórica del estado del arte en cuestión, con el objetivo de aportar una visión general de este tipo de redes. Está estructurada en capítulos, y comienza repasando el concepto de red inalámbrica, haciendo una clasificación de éstas, y enumerando las principales tecnologías que las implementan. Continuamos la disertación centrándonos en aquellas redes sin cables que se extienden hasta la centena de metros, denominadas WLAN (Wireless Local Area Network) o Redes de Área Local Inalámbricas. La familia IEEE es su especificación más representativa y extendida, por lo que profundizamos en ésta, destinando íntegramente un capítulo de nuestro Proyecto a la descripción pormenorizada de su arquitectura, su nivel físico y su nivel de enlace. Prólogo 1

18 Además, incluimos dos apartados más para la ilustración de dos técnicas que usualmente se aplican a este campo como son MIMO (Multiple In, Multiple Out) y PoE (Power-over-Ethernet), y que también nosotros utilizaremos en la siguiente parte. Por otro lado, la segunda parte representa un ejemplo de aplicación práctica de todo lo expuesto teóricamente en la primera parte. Se trata del documento técnico del proyecto de red inalámbrica de área local de un centro de enseñanza de Birmingham (Reino Unido), elaborado durante mi periodo de prácticas laborales cursado en TCNS Limited, empresa responsable de dicho proyecto. En él se detallan todos los procesos seguidos en el diseño, instalación, configuración, puesta en marcha y verificación de la WLAN en estudio. Mención especial merece el estudio de cobertura realizado, el cual nos da una idea aproximada del nivel de señal recibido en las distintas zonas del edificio. En cuanto a estructura, resaltar que este estudio práctico está organizado en secciones, y no en capítulos, para diferenciarlas del carácter teórico que adquieren los apartados de la primera parte. Nuestro Proyecto Fin de Carrera termina con un apartado de conclusiones, otro de referencias bibliográficas, y finalmente un pequeño glosario de acrónimos utilizados a lo largo del documento. Prólogo 2

19 Parte I Estudio Teórico de las Redes de Área Local Inalámbricas

20 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico Capítulo 1 Introducción a las WLANs 1.1. Las Redes Inalámbricas Una red inalámbrica es un sistema de comunicaciones de datos que transmite y recibe la información sin necesidad de la utilización de cables como medio físico de transmisión. En lugar del par trenzado, coaxial o fibra óptica utilizados en las redes cableadas convencionales, una red inalámbrica utiliza ondas electromagnéticas para ello. No necesitan medio físico guiado sino que mediante la modulación de la portadora de radio los datos son transportados de un emisor a un receptor a través del aire. Y todo esto se realiza de una manera transparente al usuario. Las redes inalámbricas, al igual que las redes cableadas, se pueden clasificar en tres grandes grupos dependiendo de la distancia a la que den cobertura: WWAN/WMAN (Wireless Wide Area Network/ Wireless Metropolitan Area Network): engloba a las redes que cubren desde decenas hasta miles de kilómetros. Son típicamente redes celulares, como UMTS, GPRS o WiMax. WLAN (Wireless Local Area Network): redes que cubren desde varios metros hasta centenas de metros. Tecnologías HiperLAN2 (ETSI) o Wi-Fi (familia del IEEE). Esta categoría será el centro de nuestro estudio. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 4

21 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico WPAN (Wireless Personal Area Network): redes que llegan hasta la decena de metros. Encajarían en esta categoría tecnologías como IrDA, HomeRF, Bluetooth, ZigBee, o RFID. En la siguiente gráfica vemos una comparativa de las distintas categorías de redes según la distancia de cobertura y la velocidad de transmisión. Con la tabla ampliamos la comparativa: Ilustración 1-1: Comparativa distintos tipos de redes según cobertura y velocidad WWAN WLAN (año 97) WLAN (año 99) WPAN Estándar GSM/GPRS/UMTS IEEE IEEE a IEEE b Bluetooth Velocidad 9,6/170/2000 Kbps 1-2 Mbps Mbps 721 Kbps Frecuencia 0,9/1,8/2,1 GHz 2,4 GHz e Infrarrojos 2,4 y 5 GHz 2,4 GHz Cobertura 35 Km 150 m 70 m 10 m Técnica radio Varias FHSS y DSSS DSSS FHSS Itinerancia (roaming) Equivalente a Sí No Sí No Conexión telefónica (módem) LAN de baja velocidad Tabla 1-1: Comparativa entre los distintos tipos de redes LAN de media-alta velocidad Cables de conexión En este capítulo describiremos brevemente las principales tecnologías y estándares de redes inalámbricas existentes actualmente. En particular nos concentraremos en las WLAN, de las cuales repasaremos sus principios básicos, conoceremos su historia, veremos sus principales aplicaciones y destacaremos sus ventajas e inconvenientes. Para acabar la sección hablaremos de los efectos que tiene en la salud la radiación de ondas provocada por estas redes. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 5

22 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico 1.2. Tecnologías y Estándares Inalámbricos Hoy en día, existe en el mercado una gran cantidad de posibilidades para implementar una red inalámbrica, las cuales se agrupan en diferentes tipos de estándares y tecnologías. Cada una de estas tecnologías tiene sus propias características que la hacen adecuada para un tipo de aplicación u otra. De la misma forma, también existen distintas tecnologías aplicables al mismo tipo de uso y que coexisten debido a que han sido promovidas desde diferentes organismos de estandarización. A continuación vamos a describir las más significativas, y las que han logrado una mayor penetración en el mercado Familia IEEE (Wi-Fi) Por ser el sistema más extendido, llegando a ser un estándar de facto [1-1] para redes inalámbricas, y por ser además la tecnología que nosotros emplearemos en la realización de este proyecto, dedicaremos el siguiente capítulo a describirlo con todo detalle. A modo de preámbulo incluimos esta tabla resumen con los principales estándares de la familia y sus principales características. Estándar b a g Finalización Banda de frecuencias 2,4 GHz 5 GHz 2,4 GHz Tasa máxima 11 Mbit/s 54 Mbit/s 54 Mbit/s Interfaz aire DSSS/FHSS OFDM OFDM Tabla 1-2: Principales estándares de la familia IEEE HiperLan (High Performance Radio LAN) Es un estándar del ETSI (European Telecommunications Standards Institute) creado en 1997 con el objetivo de desarrollar velocidades de transferencia mayores que , de hasta 25Mbps. HiperLan es compatible con a, ya que trabaja a 5 GHz, reduciendo así el problema de interferencias que tiene la saturada banda ISM de Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 6

23 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico 2.4Ghz. Con HiperLan se busca conseguir WLANs de alta capacidad y baja movilidad en un entorno reducido que no supere los 50m HiperLAN/2 (High Performance Radio LAN/2) Es una variante de HiperLan que fue diseñada como una conexión inalámbrica rápida para muchos tipos de redes, por ejemplo, la red backbone de UMTS o redes ATM. También funciona como una red doméstica como HIPERLAN/1 pero incorpora toda una serie de características adicionales como son la orientación a conexión, QoS (Quality of Service, Calidad de Servicio), búsqueda automática de la frecuencia a utilizar (similar a los teléfonos móviles) y elevada velocidad de transmisión (puede llegar hasta 54 Mbps). Esta tecnología opera sobre la banda de frecuencia de los 5 GHz y utiliza el método de modulación OFDM al igual que ocurre con el estándar a, contando también con un radio de alcance similar DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), o Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitalmente es un estándar ETSI para teléfonos inalámbricos digitales conectados a una base. Un teléfono DECT es parecido a un terminal celular GSM, con la diferencia de que el radio de operación de los primeros es de 25 a 100 metros, mientras que GSM alcanza hasta los 10 kilómetros. Este estándar trabaja a 1 9Ghz y su velocidad de transferencia es de 32 Kbps; utiliza FDMA y TDD, mientras que la potencia emitida desde el dispositivo portátil, así como la base es de 100mW. Es comúnmente utilizado con propósitos domésticos y/o corporativos IrDA Infrared Data Association (IrDA) define un estándar físico para la transmisión y recepción de datos a través de rayos infrarrojos. No es una técnica muy usada ya que no pueden traspasar objetos opacos, por lo que necesitan que la comunicación tenga línea de visión directa. Esta tecnología fue pensada para redes personales de área reducida y ocasionalmente en algunas LANs específicas. No es práctico para redes de usuarios móviles por lo que únicamente se implementa en subredes fijas. Además, su Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 7

24 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico uso no está regulado por ningún organismo. Su mayor aplicación es en ordenadores portátiles HomeRF La idea de este estándar se basa en el teléfono inalámbrico digital mejorado (Digital Enhaced Cordless Telephone, DECT). Los creadores de este estándar pretendían diseñar un aparato central en cada casa que conectara los teléfonos y además proporcionar un ancho de banda de datos entre las computadoras. HomeRF transporta voz y datos por separado, al contrario que protocolos como Wi-Fi que transporta la voz como una forma de datos. Trabaja a 2 4Ghz pero cuenta con un método de salto de frecuencia (SWAP) para no interferir con conexiones Bluetooth. Su alcance es de 50 metros aproximadamente. Cabe resaltar que el estándar HomeRF posee multitud de capacidades de voz (identificador de llamadas, llamadas en espera, regreso de llamadas e intercomunicación dentro del hogar). HomeRF HomeRF2 Modulación FSK FSK Banda de frecuencias 2,4 GHz 2,4 GHz Tasa máxima 1 6 Mbps 10 Mbps Canales 75 de 1Mhz 15 de 5Mhz Tabla 1-3: Características de HomeRF Bluetooth Bluetooth es un enlace radio de corto alcance que aparece asociado a las Redes de Área Personal Inalámbricas (WPAN). Este concepto hace referencia a una red sin cables que se extiende a un espacio de funcionamiento personal con un radio de hasta 10 metros. Bluetooth trabaja en el rango de frecuencias de 2,402 GHz a 2,480 GHz (Banda ISM). Los terminales pueden estar en movimiento y no tener línea de vista entre sí; además, las velocidades de transmisión oscilan entre 720kbps y 1 Mbps. El estándar es un cruce entre las tecnologías DECT (Digital European Cordless Telephone) y el irda(infra Red Data Association). La principal aplicación del Blueetooth es la de conectar entre sí equipos informáticos y de comunicación portátil y móvil, como ordenadores, PDAs, impresoras, ratones, micrófonos, auriculares, lectores Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 8

25 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico de código de barras, sensores, displays, localizadores, teléfonos móviles y otros dispositivos de electrónica de consumo. El objetivo es que todos estos equipos se puedan comunicar e interoperar entre sí sin interferencias Zigbee ZigBee es una alianza sin ánimo de lucro de 25 empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores, con la finalidad de promover el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica bidireccional de bajo coste vía radio, para usarla en dispositivos de domótica, automatización de edificios (inmótica), control industrial, periféricos de PC o sensores médicos. Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para cubrir el vacío que se produce por debajo del Bluetooth. Tiene velocidades comprendidas entre 20Kbps y 250Kbps y rangos de 10 m a 75 m. Puede usar las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos (frente a los 8 de Bluetooth), los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. Los módulos ZigBee están pensados para ser los transmisores inalámbricos más baratos producidos de forma masiva. Con un coste estimado alrededor de los 2 euros dispondrán de una antena integrada, control de frecuencia y una pequeña batería (dos pilas AA) WiMAX WiMAX (del inglés Worldwide Interoperability for Microwave Access, Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas) es un estándar de transmisión inalámbrica de datos (IEEE ) que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 50 km de radio (WMAN) sin necesidad de visión directa con las estaciones base. Funciona por debajo de los 11 GHz y alcanza velocidades de hasta 70 Mbps Sus principales características son: Se obtiene mayor ancho de banda en distancias mayores (hasta 50 km) permitiendo por tanto mayores coberturas. Además no requiere de visión directa. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 9

26 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico Sistema escalable. El sistema está diseñado para que escale a varios cientos de usuarios cómodamente y además permite un uso flexible de frecuencias para poderse adaptar a cualquier tipo de legislación. Aporta mecanismos de QoS. La gran expectación que ha creado este estándar se debe a que permite hacer un despliegue de cobertura en zonas metropilitanas, como, por ejemplo, ciudades. Estándar Wi-Fi WiMAX Cobertura Radio de hasta 100m Radio de hasta 50Km Frecuencia 2,4 GHz 5 GHz Escalabilidad BW canal fijado a 20Mhz BW canal flexible: [1 5Mhz-20Mhz] Reutilización de frecuencias No Escenario Interiores Exteriores Tasa de transferencia 2 7bps/Hz canal 20Mhz Sí 5bps/Hz canal 20Mhz Modulación 64 OFDM 256 OFDM QoS No Sí Tabla 1-4: Comparación entre Wi-Fi y WiMAX Además de estos estándares, vamos a describir también los principales estándares inalámbricos utilizados en comunicaciones móviles. Como puede observarse en la ilustración 2, los rangos de actuación de las distintas tecnologías inalámbricas son distintos si atendemos a características como la velocidad de transmisión o la movilidad permitida. Aunque las tecnologías de telefonía móvil y las WLANs/WPANs son por definición tecnologías inalámbricas, sus diferencias son significativas. Tal y como se muestra, se diferencian significativamente debido a dos factores: el nivel de movilidad y la velocidad de transferencia de datos. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 10

27 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico Ilustración 1-2: Comparación de las distintas tecnologías inalámbricas en cuanto a movilidad y velocidad Veamos las características más destacadas de las principales tecnologías de telefonía móvil GSM (Global System for Mobile communications) GSM (Global System for Mobile communications, Sistema Global para Comunicaciones Móviles) es probablemente uno de los mayores éxitos del mundo de las telecomunicaciones. Es difícil poner en duda esta afirmación cuando hay en el mundo más de millones de personas usando esta tecnología y esto en el plazo de 10 años. GSM representa actualmente más del 80% de la telefonía móvil a nivel mundial y es sin duda el estándar más representativo de los conocidos como sistemas de Segunda Generación (2G). Fue creado en 1990 por el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) con el objetivo de presentar una tecnología eficiente, con cobertura internacional y que permitiera obtener un mercado abierto y extenso como el actual. Sus principales características son: Baja tasa de transferencia de datos y fax, tan sólo 9.6Kbps. Área de cobertura de la célula limitada por la distancia de reutilización de frecuencias, por lo que en áreas muy pobladas, con una alta densidad de células, esta área es pequeña. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 11

28 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico Gran movilidad, permitiendo en algunas circunstancias velocidades cercanas a los 200 Km/h. Dos zonas del espectro posibles para su uso. Inicialmente la banda de 900 MHz y posteriormente la de 1800 MHz, también conocida como DCS Es interesante resaltar que las bandas en las que operan los sistemas de comunicaciones móviles, tanto en el caso de GSM como en el caso de sus estándares sucesores, son bandas con licencia GPRS (General Packet Radio System) Es la llamada generación 2 5 de telefonía móvil, estándar intermedio entre la segunda y la tercera generación, GSM y UMTS respectivamente. Debido a problemas en la implantación de 3G, esta tecnología se ha mantenido un periodo relativamente prolongado ampliando sus objetivos iniciales. Se caracteriza por: Red de conmutación de paquetes frente a la de conmutación de circuitos que utiliza GSM. Permite una compatibilidad total con GSM y su infraestructura, salvo por la adición de una cierta estructura paralela por la que va el tráfico de datos. Al contrario, UMTS requiere una estructura totalmente paralela en cuanto al despliegue de estaciones base, sin duda la parte más cara de la red. Su nuevo mecanismo para el tráfico de datos le permite alcanzar velocidades mayores que teóricamente oscilan entre los 54 y los 172 Kbps, pero que en la práctica son sensiblemente inferiores debido a las adversidades físicas y al despliegue de los operadores, que no buscan llegar a proporcionar estas velocidades UMTS (Universal Mobile Telephone Standard) Es la denominada 3G. Se ha propuesto como el gran avance en la telefonía móvil aunque ha encontrado problemas importantes a la hora de su implantación, que han retrasado más allá de las previsiones su llegada. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 12

29 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico El primero de ellos ha sido el importante desembolso que los operadores han tenido que realizar para la compra de licencias en muchos países (no es el caso de España). Este desembolso ha mermado sus economías y eso ha provocado una limitada solvencia para hacer frente a la implantación de una nueva infraestructura diferente a la utilizada para GSM y GPRS en todo lo que se refiere a las estaciones base y a las células. Otro problema, aunque de menor peso, es que los fabricantes han tenido dificultades, no con los terminales en sí mismos, sino con el desarrollo de baterías que dotaran a estos terminales de una autonomía suficiente. Concretamente en España ha aparecido un tercer problema. Los ayuntamientos, que son los encargados de expedir las licencias para instalar antenas, empujados por la reciente psicosis que vincula a las antenas de telefonía móvil con el cáncer, se están mostrando muy reticentes, con lo que están contribuyendo a ralentizar el despliegue. En cualquier caso esta tecnología ya está disponible en la actualidad y es muy probable que en pocos años se convierta en algo muy extendido gracias a los nuevos servicios que aparecen con ella. Sus principales características son: Objetivo primordial de obtener una conexión de alta velocidad para abrir a la telefonía móvil al campo de las aplicaciones multimedia de forma total. Utiliza CDMA en lugar de TDMA como forma de multiplexión de comunicaciones en un medio compartido. CDMA consiste en una multiplexión por código, de forma que cada usuario utiliza un tipo de código y tiene a su disposición todo el espectro. Esto nos proporciona una reutilización de frecuencias total. Aquí el tamaño de la célula no está marcado por la distancia de reutilización de frecuencias, que para GSM determinaba un área de celda estática. Aquí el factor limitante es la relación señal a ruido. Ésta depende del número de usuarios en un instante. Cuando la estación base detecta un número demasiado elevado de usuarios, que están produciendo demasiada interferencia, reacciona disminuyendo su potencia de transmisión, dejando a algunos usuarios fuera y reduciendo el tamaño de la célula. A esto se le conoce como cell breathing. Su velocidad va desde 144Kbps a 2Mbps, y su rango de frecuencias está en torno a 2GHz. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 13

30 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) es la optimización de la tecnología UMTS y consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información hasta alcanzar tasas de 14 Mbps. Nace como evolución de la tercera generación de telefonía móvil y se considera el paso previo antes de la cuarta generación 4G; es popularmente conocida como 3.5G HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access o Acceso ascendente de paquetes a alta velocidad) es una evolución de HDSPA que añade una mejora sustancial en la velocidad para el tramo de subida o uplink (desde el terminal de usuario hacia la red) llegando a tasas de transferencia de subida de hasta 7.2 Mbps. Se la conoce como 3.75G o 3.5G Plus y está definido en el estándar de 3GPP Universal Mobile Telecommunications System Release 6. Permitirá altas prestaciones de voz y datos que se traducirán en aplicaciones persona a persona mejoradas, tanto en el ámbito de negocios, como en el doméstico. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 14

31 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico 1.3. Principios de las WLANs Las Redes de Área Local Inalámbricas (WLANs), tal y como definimos anteriormente, son un sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible, muy utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas, y que transmiten y reciben la información sin cables, a través de ondas electromagnéticas. Su cobertura se extiende desde varios metros hasta unas centenas de metros. Las WLANs constituyen en la actualidad una solución tecnológica de gran interés en el sector de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. Estos sistemas se caracterizan por trabajar en bandas de frecuencia exentas de licencia de operación, lo cual dota a la tecnología de un gran potencial de mercado permitiéndole competir con otro tipo de tecnologías de acceso. Sin embargo esto obliga al desarrollo de un marco regulatorio adecuado que permita un uso eficiente y compartido del espectro radioeléctrico disponible de dominio público. Sus características más destacadas son: Movilidad: permite transmitir información en tiempo real en cualquier lugar de la organización o empresa a cualquier usuario. Esto supone mayor productividad y posibilidades de servicio. Facilidad de instalación: al no usar cables, se evitan obras para tirar cable por muros y techos, mejorando así el aspecto y la habitabilidad de los locales, y reduciendo el tiempo de instalación. También permite el acceso instantáneo a usuarios temporales de la red. Flexibilidad: puede llegar donde el cable no puede, superando mayor número de obstáculos, llegando a atravesar paredes. Así, es útil en zonas donde el cableado no es posible o es muy costoso: parques naturales, reservas o zonas escarpadas Cómo Trabajan Las WLANs no necesitan un medio físico guiado, sino que utilizan ondas de radio (o infrarrojos) para llevar la información de un punto a otro. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 15

32 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico Al hablar de ondas de radio nos referimos normalmente a portadoras de radio, sobre las que va la información, ya que realizan la función de llevar la energía a un receptor remoto. Los datos a transmitir se superponen a la portadora de radio y de este modo pueden ser extraídos exactamente en el receptor final. A este proceso se le llama modulación de la portadora. Si las ondas son transmitidas a distintas frecuencias de radio, varias portadoras pueden existir en igual tiempo y espacio sin interferir entre ellas. Para extraer los datos el receptor se sitúa en una determinada frecuencia, frecuencia portadora, ignorando el resto En una configuración típica, las redes WLAN se conectan a las LAN cableadas en un punto determinado. A este punto se le denomina punto de acceso, y es el encargado de recibir la información de la LAN cableada, transmitirla a la WLAN y viceversa. El punto de acceso consta de una antena que transmite y recibe las correspondientes ondas de radio. Es el que dota de cobertura a nuestra WLAN. Un único punto de acceso puede soportar varios usuarios. Para acceder a la red, los usuarios deben de poseer adaptadores inalámbricos. A los computadores o dispositivos con interfaz inalámbrica los llamaremos estaciones. La naturaleza de la conexión sin cable es transparente a la capa del cliente Banda de Frecuencias Las WLANs utilizan principalmente las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) que comprenden las frecuencias entre MHz, GHz y GHz. Estas bandas son de uso común y no requieren de licencia para utilizarlas. Uso común implica que no están protegidas frente a interferencias y que no podemos interferir en aplicaciones con licencia Seguridad Uno de los problemas de este tipo de redes es precisamente la seguridad ya que cualquier persona con un adaptador inalámbrico podría comunicarse con un punto de acceso privado si no se disponen de las medidas de seguridad adecuadas. Dichas medidas van encaminadas en dos direcciones: por una parte está el cifrado de los datos que se transmiten y en otro plano, pero igualmente importante, se considera la autenticación entre los diversos usuarios de la red. La seguridad la estudiaremos con más detalle en el siguiente capítulo. Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 16

33 Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College Parte I: Estudio teórico 1.4. Reseña histórica de las WLANs Podemos considerar como pioneros en el uso de redes inalámbricas a los radioaficionados, pero si hablamos propiamente de redes, su origen se remonta a la publicación en 1979 de los resultados de un experimento realizado por ingenieros de IBM en Suiza, consistente en utilizar enlaces infrarrojos para crear una red local en una fábrica. Estos resultados, publicados por el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), pueden considerarse como el punto de partida de esta tecnología. Las investigaciones siguieron adelante tanto con infrarrojos como con microondas. El verdadero desarrollo de este tipo de redes llegó en mayo de 1985, cuando la FCC (Federal Communications Comission), el organismo americano encargado de regular las emisiones radioeléctricas, asignó las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) MHz, GHz, GHz para su uso en redes inalámbricas, basadas en espectro expandido (SS o Spread Spectrum, en inglés). Estas bandas ISM tienen la particularidad de que son de uso libre, es decir, no requieren de una licencia para poder utilizarlas. Esto propició una mayor actividad en el seno de la industria y ese respaldo, unido a la disminución de precios de los dispositivos, hizo que las WLANs empezaran a dejar ya el entorno del laboratorio para iniciar el camino hacia el mercado. Desde 1985 hasta 1990 se siguió trabajando ya más en la fase de desarrollo. En 1989, en el seno de IEEE 802 (802 hace referencia al grupo de documentos que describen las características de las LAN o Ethernet), se forma el comité IEEE o Wi-Fi (Wireless Fidelity, Fidelidad Inalámbrica), que empieza a trabajar para tratar de generar una norma para las WLANs. En mayo de 1991 se publicaron varios trabajos referentes a WLAN operativas que superaban la velocidad de 1 Mbps, el mínimo establecido por el IEEE 802 para que la red sea considerada realmente una LAN con aplicación empresarial. En 1993 también se constituye la IrDA (Infrared Data Association) para promover el desarrollo de las WLAN basadas en enlaces por infrarrojos. En 1994 aparece el primer borrador del estándar Dentro de este mismo campo, en el año 1995, tenemos la aparición de Bluetooth, una tecnología de Ericsson con el objetivo de conectar mediante ondas de radio los teléfonos móviles con diversos accesorios. Al poco tiempo se generó un grupo de estudio formado por fabricantes que estaban interesados en esta tecnología para Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas 17