REDES INALÁMBRICAS 2. MEDIO DE PROPAGACIÓN INALÁMBRICA. El canal de comunicación inalámbrica. El fenómeno de la propagación

Transcripción

1 REDES INALÁMBRICAS 2. MEDIO DE PROPAGACIÓN INALÁMBRICA El canal de comunicación inalámbrica La tecnología de comunicaciones inalámbricas esta basada en el estándar IEEE b. El término más utilizado por los usuarios de esta tecnología lleva el nombre de Wi-Fi, Básicamente, todos ellos hacen referencia a lo mismo, una conexión entre diferentes ordenadores a través de radiofrecuencia, es decir, sin las limitaciones de los cables. Según la normativa, la frecuencia de funcionamiento se sitúa en una banda libre de propósito general en torno a los 2,4 GHz, muy cerca de las microondas. La excelencia de esta banda es que no se necesita ningún tipo de licencia para emitir o recibir siempre que la potencia del emisor no supere los 100 mw en Europa o 1 W en Estados Unidos! Con este valor se pueden alcanzar distancias superiores a los 110 kilómetros con visibilidad directa entre las antenas, mientras que en Europa se alcanzarían unos 30 kilómetros. El fenómeno de la propagación Un canal de transmisión es una banda de frecuencia estrecha que se puede usar para comunicarse. El gobierno de cada país por lo general regula el uso del espectro radial ya que es su mayor usuario del espectro debido a usos militares. Sin embargo, los gobiernos también permiten el uso de bandas de frecuencia sin licencias. Los grupos que se encargan de regular el uso de frecuencias radiales son: El ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones) en Europa La FCC (Comisión de Comunicaciones Federales) en Estados Unidos El MKK (Kensa-kentei Kyokai) en Japón En 1985, Estados Unidos asignó tres bandas de frecuencia para uso industrial, científico y médico. Estas bandas de frecuencia que se denominan ISM son las bandas MHZ, GHz y GHz. En Europa, las bandas de 890 a 915 MHz se utilizan para comunicaciones móviles (GSM) y sólo las bandas de a GHz y de a GHz están disponibles para uso de radioaficionados. Las redes de radio locales usan ondas radiales o infrarrojas para transmitir datos. La tecnología que se utiliza para enviar transmisiones de radio se denomina transmisión de banda estrecha y conecta distintas señales de comunicación a través de distintos canales. Sin embargo, las transmisiones radiales habitualmente poseen numerosas limitaciones, lo cual hace que este tipo de transmisión sea insuficiente. Éstas son algunas de las limitaciones: Estaciones diferentes dentro de la misma célula que comparten banda estrecha de manera involuntaria. Propagación por trayectoria múltiple de ondas radiales. Una onda radial puede propagarse en distintas direcciones y posiblemente puede reflectarse o refractarse en objetos físicos. Es por ello que un receptor puede recibir la misma información varias veces. Esto sería el resultado de aquellas señales que van por caminos diferentes después de haberse reflectado varias veces.

2 Por tal motivo, y para minimizar problemas de interferencia, la capa física del estándar define diversas técnicas de transmisión: Espectro ensanchado Tecnología infrarroja. ESPECTRO ENSANCHADO La técnica de banda estrecha consiste en el uso de una frecuencia de radio especificada para transmitir y recibir datos. La banda de frecuencia que se utilice debe ser lo más pequeña posible para no interferir con las bandas cercanas. El estándar IEEE permite que dos técnicas de modulación de frecuencia desarrolladas para los militares transmitan datos. Estas técnicas, denominadas espectro ensanchado, consisten en utilizar una banda de frecuencia ancha para transmitir datos de baja potencia. Existen dos tecnologías de espectro ensanchado: Espectro ensanchado por saltos de frecuencia. Espectro ensanchado por secuencia directa. Saltos de frecuencia La técnica de espectro ensanchado por saltos de frecuencia o FHSS consiste en dividir la frecuencia de banda ancha en al menos 75 canales distintos (con "saltos" de 1 MHz de distancia entre sí) y después transmitirla a través de una combinación de canales que todas las estaciones en la célula conocen. En el estándar la banda de frecuencia de 2.4 a GHz acepta 79 canales discretos de 1 MHz. La transmisión se lleva a cabo de un canal hacia otro y sólo se usa cada canal durante un período de tiempo corto (aproximadamente 400 milésimas de segundo), lo que permite que una señal más fácil de reconocer se transmita en un determinado momento y en una determinada frecuencia. La técnica de espectro ensanchado por saltos de frecuencia se desarrolló originalmente para uso militar con el fin de prevenir que se escuchen las transmisiones radiales. La estación que no sabe qué combinación de frecuencia usar no puede escuchar la señal porque le sería imposible determinar la frecuencia en la que la señal fue transmitida y encontrar después la nueva frecuencia dentro de un período de tiempo corto. Actualmente, las redes locales que usan esta tecnología son estándar. Debido a que la secuencia de frecuencias que se utiliza es conocida universalmente, esta técnica ya no es una forma segura de transmitir datos. Sin embargo, FHSS todavía se utiliza en el estándar para reducir la interferencia entre las distintas estaciones de una célula. La técnica conocida como espectro ensanchado por secuencia directa (o DSSS) consiste en transmitir para cada bit enviado una secuencia de Barker de bits (a veces llamado ruido pseudo aleatorio o PN). En esta operación, cada bit establecido en 1 es reemplazado por una secuencia de bit y cada secuencia de bit establecida en 0 es reemplazada por su complemento. La capa física del estándar define una secuencia de 11 bits ( ) para representar el 1 y para codificar el 0 usa su complemento ( ). Cada bit que se codifica con esta secuencia se denomina chip o código de chip. Esta técnica (llamada chipping por "chip") modula cada bit que tenga la secuencia de Barker.

3 Modelos de propagación en espacio libre Hay dos topologías básicas para conectar equipos en una red inalámbrica: Modo ad-hoc (Peer to peer). Modo Infraestructura (Access Point). La primera no es una red propiamente dicha, son dos o más ordenadores conectados entre sí en el mismo rango de frecuencias y con una serie de parámetros coincidentes para establecer una comunicación segura. El acceso al canal de comunicación no está regulado por ningún dispositivo, de modo que todos hablan a la vez y se quitan el permiso de una manera arbitraria. Si uno de los dos ordenadores tiene acceso a una red cableada como puede ser una Ethernet, puede hacer de punto de acceso para el otro ordenador al que está conectado por radio, (ver Figura 1). El coste de este tipo de red es muy bajo porque no se necesita sofisticación en el hardware. Bastaría con dos tarjetas de comunicación inalámbrica con sus drivers. En el caso de que no exista una visión directa entre los equipos, bien porque se encuentren en edificios diferentes, bien porque los obstáculos atenúen excesivamente la señal, habría que añadir dos antenas con sendos receptores como se muestra en la Figura 2.

4 Aunque físicamente, la red basada en un equipo que hace de punto de acceso es muy similar a la anterior, sus aplicaciones son diferentes. En este tipo de red, uno de los ordenadores hace de pasarela para la información que fluye de un ordenador externo a una red o viceversa. Es el encargado de regular y arbitrar las comunicaciones cediendo el medio por turnos y evitando las colisiones. En principio, cualquier ordenador se podría conectar al punto de acceso mientras esté en el rango de frecuencias y distancia adecuado. Por ello, el punto de acceso debe ser un equipo dedicado a este tipo de tareas y con una sofisticación mayor que una simple tarjeta de red inalámbrica porque debe dar acceso a una red interna o a unos servicios a ordenadores del exterior. El punto de acceso es la única entrada a la red, debe verificar la dirección MAC de los ordenadores clientes, tener antenas asociadas para dar una amplia cobertura, llevar estadísticas, informes del funcionamiento de la red, etc. En la Figura 3 se muestra una configuración de red inalámbrica basada en un punto de acceso. Modelo de fluctuaciones Aunque Wi-Fi y ethernet comparten algunas características de estructura y de campo en la Capa 2, difieren mucho en la capa física. Mientras que ethernet disfruta en los cálidos confines de un medio protegido y guiado (por ejemplo, un par trenzado sin protección o fibra), Wi-Fi opera en las brumas de las ondas del aire, donde borrascas de nieve o tormentas de rayos suelen interrumpir la recepción. Los fabricantes de elementos inalámbricos, para ocultar las fluctuaciones de la señal de capa física de Wi-Fi, recurren a promesas de fácil instalación y de que la integración ocurrirá sin altibajos, pero se requiere conocimiento de radiofrecuencias (RF) para manejar una red inalámbrica grande, igual que es preciso ser diestro en cableado estructurado para administrar una LAN de ethernet. ABC de la comunicación de RF Al igual que los módems de dial-up y de cable, las redes Wi-Fi usan una técnica llamada modulación, que convierte las señales digitales de la computadora en señales análogas de RF. La velocidad a que se pueden transmitir los datos sobre un carrier modulado depende de un número de factores, como ancho de banda disponible y el tipo específico de modulación que se emplee. Los esquemas de modulación complejos, como la 64-Quadrature Ampliture Modulation

5 en las WLAN de 54 Mbps, transfieren más bits por unidad de tiempo que los esquemas más sencillos, como el Differential Binary Phase Shift Keying, que se usa en las WLAN de 1 Mbps. Si un esquema de modulación compleja no está soportado por señales RF de alta calidad, ocurrirán errores. Como la calidad de la señal mengua a través del medio RF, siempre interviene una compensación entre velocidad y distancia. Las ondas de radio que viajan a través del aire se atenúan más rápidamente que las señales RF transportadas por módems de cable que corren por un sistema de cableado híbrido de fibra y coaxiales. Debido a lo anterior se debe considerar lo siguiente: A mayor velocidad, las fluctuaciones también se incrementaran. A mayor número de obstáculos y/o variables en el ambiente las fluctuaciones se incrementan.