UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Contaduría y Administración Tendencias de Redes Inalámbricas y Comunicación Móvil T E S I N A Para obtener el Título de: Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos Presenta: Giovanni Olivares Hernández Asesor: M.T.E. Guillermo Leonel Sánchez Hernández Cuerpo Académico: Tecnologías de Información y las Organizaciones Inteligentes en la Sociedad del Conocimiento Xalapa-Enríquez, Veracruz Agosto 2009
ÍNDICE RESUMEN... 4 INTRODUCCIÓN... 6 CAPITULO 1 Redes de área local (LAN)... 10 1.1 Antecedentes históricos de LAN... 10 1.2 Ventajas y características de las LAN... 11 1.3 Topologías de las LAN... 13 1.3.1 Topología física... 13 1.3.2 Topología lógica... 14 1.4 Componentes de una LAN... 14 1.5 Las primeras LAN del mundo... 17 1.5.1 ARPANET... 17 1.5.2 ALOHAnet... 18 1.5.3 ARCNET... 20 1.5.4 Ethernet... 21 1.5.5 Token Ring... 23 1.5.6 Token Bus... 24 CAPITULO II. Introducción a la tecnología inalámbrica..26 2.1 Presentación... 26 2.2 Tecnologías... 28 2.2.1Infrarrojo... 29 2.2.2 Banda Angosta... 29 2.2.3 Espectro Extendido... 29 2.2.4 Que no es espectro extendido... 30 II
2.2.5 Espectro Extendido con salto de frecuencia (FHSS)... 30 2.2.6 Espectro Extendido en Secuencia Directa (DSSS)... 31 2.3 Clasificación... 32 2.3.1 Redes Inalámbricas tipo PAN... 32 2.3.2 Redes Inalámbricas tipo LAN... 33 2.3.3 Redes Inalámbricas tipo WAN/MAN... 34 CAPITULO III. Tecnología y Dispositivos móviles... 38 3.1 Antecedentes de los dispositivos móviles... 39 3.1.1Evolución... 41 3.1.2 Clasificación de los dispositivos móviles... 42 3.1.3 Telefonía móvil de primera generación... 43 3.1.4 Telefonía móvil de segunda generación... 44 3.1.5 Telefonía móvil de Tercera Generación... 46 3.1.6 Telefonía móvil de Cuarta Generación (4G)... 49 3.2 Dispositivos móviles en las empresas... 50 3.3 Operadoras en México... 53 3.3.1 Telcel... 53 3.3.1 Iusacell... 55 3.4 WIMAX... 58 3.3.1 Wimax en México... 61 3.5 Wibro... 63 CONCLUSIONES... 66 FUENTES DE INFORMACIÓN... 68 ÍNDICE DE FIGURAS... 71 ÍNDICE DE TABLAS... 72 III
Resumen Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en esta década es la de poder comunicar computadoras mediante tecnología inalámbrica las redes inalámbricas o Wireless Networks (WN), éstas se están introduciendo en el mercado de consumo gracias a los bajos precios y a su fácil implementación, permitiendo una amplia área de cobertura además facilitan la operación en lugares donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes, vendedores o en oficinas que se encuentren en varios pisos, es por ello que el cambio tecnológico en el sector de las telecomunicaciones ha constituido uno de los motores de progreso económico y social más importante a nivel mundial en los últimos tiempos. También encontramos la telefonía móvil la cual ha sido impulsada principalmente por los jóvenes y la familia, pues los lazos de conectividad entre éstos garantizan cierta seguridad y tranquilidad, pero al mismo tiempo ayuda a las empresas a mejorar sus procesos operativos y productivos, permitiendo lograr ventajas competitivas garantizando un futuro prometedor. 4
INTRODUCCIÓN
A medida que avanzamos hacia el final de este siglo, se ha dado una rápida convergencia entre la captura de información, su transporte, almacenamiento y procesamiento. Organizaciones con centenares de oficinas dispersas en una amplia área geográfica esperan tener la posibilidad de controlar en forma habitual todas ellas, simplemente oprimiendo una tecla. En los últimos años las redes de computadoras inalámbricas han ganado mucha popularidad, debido a que aumentan sus presentaciones y se descubren nuevas aplicaciones para ellas. Las redes inalámbricas permiten a sus usuarios acceder a información y recursos en tiempo real sin necesidad de estar físicamente conectados a un determinado lugar. Esta tecnología por si misma es móvil, lo que elimina la necesidad de usar cables y establece nuevas aplicaciones añadiendo flexibilidad a la red, y lo más importante incrementa la productividad y eficiencia en las empresas donde está instalada. Un usuario dentro de una red inalámbrica puede transmitir y recibir voz, datos y vídeo dentro de edificios, entre edificios o campus universitarios e inclusive sobre áreas metropolitanas. Las aplicaciones van más allá de las empresas, estas se extienden a ambientes públicos, en áreas metropolitanas, como medio de acceso a Internet. Por otro lado en los años 80, surge el nacimiento de la primera generación de celulares, a lo que ahora conocemos como comunicación móvil; la tecnología que utilizaban era analógica por medio de ondas de radio, lo que permitía la transmisión de voz, esto llevó a una forma de comunicación mucho más accesible para las personas, ya que surgía por vez primera la forma de comunicarse sin necesidad de recurrir a lugares específicos y sobre todo sin cables. Con el tiempo esta generación fue evolucionando y creciendo enormemente a nivel internacional, llegando a ser indispensable para la mayoría de las 6
personas que habitan en los diferentes países. Esto llevó a que existieran nuevas formas de comunicación mucho más rápidas, pasando a diferentes etapas de evolución en cuanto a lo que respecta a esta tecnología, es por eso que con el tiempo la evolución de la comunicación se ha venido clasificando por generaciones, esto es de acuerdo a los avances con los que ha sobresalido; logrando hacer un cambio drástico de la transmisión de información, de lo analógico a lo digital, permitiendo así, no solo enviar voz, si no también texto, imagen y así lograr nuevas formas de comunicación entre las personas. En la actualidad nos encontramos en una tercera etapa en donde la transferencia de información es mucho más rápida y a menor costo, logrando una aceptación en la sociedad. De igual forma crece la facilidad de poder administrar negocios, empresas, trabajos, agendas, etc., con la finalidad de estar al corriente y sobre todo estar en constante actualización conforme a la información. Todas estas tecnologías han llevado a la sociedad a depender de esta comunicación rápida y fácil de utilizar; es por esta razón que surge la elaboración de este trabajo, dividido en 3 capítulos, los cuales se dará una breve descripción de cada uno de ellos. El primer capítulo trata de forma general lo que representa y son las redes de área local (LAN) así como sus antecedentes y características fundamentales de esta tecnología. Por otra parte se mencionan las ventajas que ofrece, las diferentes topologías existentes, las partes que componen una LAN, así como las primeras LAN s del mundo. En el segundo capítulo se presenta todo lo que respecta a la tecnología inalámbrica, adentrándose a las diferentes tecnologías que hacen posible la comunicación inalámbrica, como el infrarrojo, banda angosta, los espectros, etc. También se presentan las clasificaciones de las redes inalámbricas; redes PAN, LAN, y MAN/WAN. 7
En el tercer y último capítulo se describen lo que es la comunicación móvil, el uso de dispositivos móviles que la hacen posible, se presenta todo lo que respecta a las 4 generaciones de la telefonía móvil, tocando tecnologías como la GSM, TDMA, CDMA, etc. Se muestra lo que se esta viviendo actualmente, lo cual denominamos como tercera generación en la comunicación, se analizan sus características y su funcionamiento. Es así como se desarrolla esta trabajo recepcional, con la finalidad de que los lectores conozcan las distinta tecnologías existentes en el mercado de la comunicación móvil, comprendiendo su verdadero potencial para así lograr una eficiencia en sus tareas y actividades. Conocer el funcionamiento de cada una de las tecnologías existentes y de las que están por venir nos brindará la facultad de poder entender mejor las siguientes generaciones que se aproximan, con el propósito de que se puedan manejar de forma óptima y así obtener su mejor desempeño en el manejo de la información y los datos. 8
Capitulo 1
1 Redes de área local (LAN) Una red local es la interconexión de varias computadoras y periféricos. Su escansión está limitada físicamente a un edificio o a un entorno de pocos kilómetros. Su aplicación más extendida es la interconexión de computadoras personales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc.; para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. En definitiva, permite que dos o más máquinas se comuniquen. 1.1 Antecedentes históricos de LAN. Cuando se menciona el término red local se hace alusión tanto al hardware como al software necesario para lograr la interconexión de distintos dispositivos y con ello el manejo de información de forma centralizada. Las primeras LAN fueron creadas a finales de los años 70 s con el fin de poder conectar grandes computadoras centrales a un solo lugar, en ésta época las tecnologías que se hicieron populares debido debido a su confiabilidad fueron Ethernet y ARCNET. Con la evolución de sistemas operativos como DOS (Disk Operating System), los cuales estaban basados en la computadora personal se logró que en un lugar físico fuera posible tener docenas o incluso cientos de computadoras, la intención inicial de poder interconectar a todas éstas computadoras en ese entonces fue principalmente compartir recursos como 10
espacio de disco duro e impresoras láser, ya que tales recursos eran muy caros en ese tiempo. En los años 80 s existían muchas expectativas acerca de las redes de área local a tal grado que para 1984 se aseguró sería el año de las LAN, pero esto no fue así debido a la enorme cantidad de incompatibilidades en la capa física y en la implementación del protocolo de red, más aparte la confusión sobre la mejor forma de compartir los recursos. Lo más idóneo hubiera sido que las diferentes tarjetas de red fueran compatibles pero cada fabricante las hacia compatibles solo para sus propios productos, el problema siguió aumentando hasta que apareció Netware, un sistema operativo de red creado por la compañía Novell, el cual ofrecía soporte de manera imparcial para los mas de 40 tipos de tarjetas de red que en entonces existían, Netware dominó el campo de las LAN desde los años 80 hasta mediados de los años 90 cuando Microsoft introdujo Windows NT Advance Server y Windows for Workgroups. 1.2 Ventajas y características de las LAN En una empresa suelen existir muchas computadoras, las cuales necesitan su propia impresora para cubrir las necesidades de impresión de los trabajadores de dicha empresa (redundacia de hardware) también puede ser que los datos estén guardados en un equipo pueden ser necesarios en otros de los equipos de la empresa, por lo que será necesario copiar estos datos al equipo que los necesita, lo que ocasionaría inconsistencia entre los datos de un usuario y otro, además que la ocupación de los recursos de almacenamiento en disco duro se multiplicarían (redundancia de los datos), las computadoras que trabajen con los mismos datos también requerirán de los mismos programas para manipular éstos datos (redundancia de software) y se podría listar más necesidades de las computadoras de la misma empresa, las cuales degradarían de forma considerable la capacidad de respuesta de éstas computadoras, afortunadamente para todo esto existen las redes de área local, las cuales permiten compartir bases de datos (eliminando así la redundancia de los 11
datos), los programas (eliminando la redundancia de software), y los periféricos como puede ser un módem o una impresora (eliminando la redundancia de hardware) poniendo a nuestra disposición otros medios de comunicación como puede ser el correo electrónico y el Chat. Una red local permite realizar un proceso distribuido, es decir, las tareas pueden ser repartidas en distintos nodos, también permite la integración de los procesos y los datos de cada uno de los usuarios en un sistema de trabajo corporativo, una de las ventajas más importantes de una LAN es que se puede centralizar la información o los procedimientos lo cual significa un manejo y una gestión más fácil de los equipos, además que una red de área local conlleva un ahorro importante, ya que no es indispensable comprar muchos periféricosse consume menos papel- y en una conexión a Internet se puede compartir una única conexión telefónica por varias computadoras conectadas en red, también una LAN representa un gran ahorro de tiempo, ya que se logra una rápida gestión de la información y del trabajo. (Reid, 2004). Actualmente las redes de área local ofrecen muchas oportunidades a las personas que las usan y esto más que nada se debe a las características que presentan, la mayoría de las LAN tienen en común las siguientes características: Tecnología Broadcast como medio de transmisión compartido. Capacidad de transmisión comprendida entre 1 Mbps y 1Gbps. Uso de un medio de comunicación privado. La facilidad con que se pueden efectuar cambios en el Hardware y el Software. Gran variedad de dispositivos conectados. Posibilidad de conexión con otras redes. 12
1.3 Topologías de las LAN La topología de red define la estructura de una red. Una parte de la definición topológica es la topología física, que es la disposición real de los cables o medios. La otra parte es la topología lógica, que define la forma en que los host acceden a los medios para enviar datos. 1.3.1 Topología física Las topologías físicas más comúnmente usadas por una red de área local son las siguientes: Topología de bus. Usa un solo cable backbone que debe terminarse en ambos extremos. Todos los hosts se conectan directamente a éste backbone. Topología de anillo. Conecta un host con el siguiente y al último host con el primero. Esto crea un anillo de cable. Topología en estrella. Conecta todos los cables con un punto central de concentración. Topología en estrella extendida. Conecta estrellas individuales entre sí mediante la conexión de HUBs o switches. Esta topología puede extender el alcance y la cobertura de la red. Topología jerárquica. Similar a una estrella extendida. Pero en lugar de conectar los HUBs o switches entre sí, el sistema se conecta con un computador que controla el tráfico de la topología. Topología de malla. Se implementa para proporcionar la mayor protección posible para evitar una interrupción del servicio. El uso de una topología de 13
malla en los sistemas de control en red de una planta nuclear sería un ejemplo excelente. 1.3.2 Topología lógica La topología lógica de una red es la forma en que los host se comunican a través del medio. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas son broadcast y transmisión de tokens. Topologia broadcast. Simplemente significa que cada host envía sus datos hacia todos los demás host del medio de red. No existe una orden que las estaciones deban seguir para utilizar la red. Es por orden de llegada, es como funciona Ethernet. Topología transmisión de tokens. La transmisión de tokens controla el acceso a la red mediante la transmisión de un token electrónico a cada host de manera secuencial, cuando un host recibe el token, ese host puede enviar datos a través de la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token al siguiente host y el proceso se vuelve a repetir. Dos ejemplos de redes que utilizan transmisión de tokens son Token Ring y la interfaz de datos distribuida por fibra (FDDI). Arcnet es una variación de Token Ring y FDDI. Arcnet es la transmisión de tokens en una topología de bus. 1.4 Componentes de una LAN La mayoría de las redes de área local necesitan ciertos componentes sin los cuales no podrían brincar sus servicios de forma apropiada, es gracias a estos que las LAN pueden satisfacer las necesidades de las personas que las usan. En casi todas las redes de área local los componentes que más frecuentemente se encuentran son los siguientes: 14
Servidor. El servidor es aquel o aquellas computadoras que van compartir sus recursos hardware y software con los demás equipos de la red. Sus características son potencia de cálculo, importancia de la información que almacena y conexión con recursos que se desean compartir. Estación de trabajo. Las computadoras que toman el papel de estaciones de trabajo aprovechan o tienen a su disposición los recursos que ofrece la red así como los servicios que proporcionan los servidores a los cuales puede acceder. Gateways. Es un hardware y software que permite las comunicaciones entre la red local y grandes computadoras (mainframes). El Gateway adapta los protocolos de comunicación del mainframe (X25, SNA, etc) a los de la red y viceversa. Bridges o puentes. Es un hardware y software que permite que se conecten dos redes locales entre sí. Un puerto interno es el que se instala en un servidor de la red, y un puente externo es el que se hace sobre una estación de trabajo de la misma red. Los puentes pueden ser también locales y remotos. Los puentes locales son los que se conectan a redes de un mismo edificio, usando tantas conexiones internas como externas. Los puentes remotos conectan redes distintas entre sí, llevando a cabo la conexión a través de redes públicas, como la red telefónica. RDSI o red de comunicación de paquetes. Tarjeta de Red. También se denomina NIC (Network Interface Card). Básicamente realiza la función de intermediario entre la computadora y la red de comunicación. En ella se encuentran grabados los protocolos de comunicación de la red. La comunicación con la computadora se realiza normalmente a través de las ranuras de expansión que éste dispone, ya sea ISA o PCMCIA. Aunque algunos equipos disponen de este adaptador integrado directamente a la placa base. 15
El medio. Constituido por cableado y los conectores que enlazan los componentes de la red. Los medios físicos mas utilizados son el cable par trenzado, par de cable, cable coaxial y la fibra óptica. Concentradores de cableado. Una LAN en bus usa solamente tarjetas de red en las estaciones y cableado coaxial para interconectarlas, además de los conectores, sin embargo este método complica el mantenimiento de la red ya que si falla una alguna conexión toda la red deja de funcionar. Para impedir éstos problemas las redes de área local usan concentradores de cableado para realizar las conexiones de las estaciones, en vez de distribuir las conexiones el concentrador las centraliza en un único dispositivo manteniendo indicadores luminosos de su estado e impidiendo que una de ellas pueda hacer fallar toda la red. Existen dos tipos de concentradores de cableado. Concentradores pasivos. Actúan como un simple concentrador cuya función principal consiste en interconectar toda la red. Concentradores activos. Además de su función básica de concentrador también amplifican y regeneran las señales recibidas antes de ser enviadas. Los concentradores de cableado tienen dos tipos de conexiones: para las estaciones y para unirse a otros concentradores y así aumentar el tamaño de la red. Los concentradores de cableado se clasifican dependiendo de la manera en que internamente realizan las conexiones y distribuyen los mensajes. A esta característica se le llama topología lógica. Existen dos tipos principales: 16
Concentradores con topología lógica en bus (HUB). Estos dispositivos hacen que la red se comporte como un bus enviando las señales que les llegan por todas las salidas conectadas. Concentradores con topología lógica en anillo (MAU). Se comportan como si la red fuera un anillo enviando la señal que les llega por un puerto al siguiente. 1.5 Las primeras LAN del mundo. Con el propósito de dar una visión más clara de cuales tecnologías LAN son las más utilizadas actualmente y como funcionan se abordará algunas de las LAN que fueron las primeras en su tipo y que gracias a ellas se abrió la pauta para tener las LAN que utilizamos hoy en día. 1.5.1 ARPANET En el año de 1958 se crea en los Estados Unidos la Agencia Gubernamental de Investigación ARPA (Advanced Research Projects Agency) creada en respuesta a los desafíos tecnológicos y militares de Rusia con el fin de no quedarse atrás en la guerra fría. Al comienzo de los años 60 ARPA se dio a la tarea de desarrollar un sistema militar de comunicaciones en red diseñado para interconectar computadoras en forma descentralizada cuyo objetivo era poder operar aun cuando alguno o varios de sus nodos de comunicación fueran destruidos en caso de algún ataque enemigo. En 1962 el Dr. J.C.R. Licklider uno de los responsables del proyecto influyó para lograr que ésta tecnología de comunicaciones sirviese para interconectar las universidades dentro de los Estados Unidos. Hacia fines de la década de 1960 la investigación fructifica al llevar la teoría a la realidad la interconexión de computadoras en red comunicándolas a través de las líneas telefónicas. Durante 1969 se instala el primer nodo de la primera red científica y académica que se conocerá en 17
adelante como ARPANET y dos años más tarde la red se enlazará a 15 universidades y centros de investigación. En 1980 el ejército norteamericano adopta como un estándar el protocolo TCP/IP, lo cual permitirá empezar a compartir la tecnología ARPA basada en Internet y llevar a la separación final entre las computadoras militares y no militares. Hacia fines de la década de 1990 la agencia, a través del departamento de Defensa y bajo una nueva política, comenzará a incursionar en el mercado comercial de tecnología avanzada en electrónica, computadoras y comunicaciones como un competidor más de negocios. 1.5.2 ALOHAnet ALOHAnet fue un un sistema pionero de redes de computadoras desarrollado en la universidad de Hawai. Fue utilizado por primera vez en la década de los años 70 y aunque actualmente ya no se usa, uno de los conceptos básicos de ésta red es la base para la tecnología universal llamada Ethernet. La importancia de ALOHAnet se basa en que usaba un medio compartido para la transmisión. Esto reveló la necesidad de sistemas de gestión de acceso como CSMA/CD, usado por Ethernet. A diferencia de ARPANET donde cada nodo solo podía comunicarse con otro nodo, en ALOHAnet todos usaban la misma frecuencia. Esto implicaba la necesidad de algún tipo de sistema para controlar quién podía emitir y en qué momento. La situación de ALOHAnet era similar a las emisiones orientadas a la moderna Ethernet y las redes WI-FI. El sistema ALOHA generó bastante interés debido a que su esquema es muy simple, su tasa de transmisión no llegaba mas allá de los ochenta caracteres por segundo y cuando dos estaciones intentaban transmitir al mismo tiempo, éstas se quedaban trabadas y los datos tenían que ser reenviados manualmente, por lo tanto ALOHA demostró que era posible tener una red útil aun sin resolver éste problema. 18
Antes de ALOHAnet la mayoría de las comunicaciones entre computadoras tendían a utilizar rasgos similares. Los datos que iban a ser enviados se convertían en una señal analógica para este fin se utilizaba un mecanismo muy similar a lo que ahora conocemos como módem, ésta señal analógica sería enviada en un medio de conexión conocido el cual podría ser una conexión telefónica, la conexión era punto a punto y generalmente se establecía de manera manual. Por el contrario ALOHAnet era una auténtica red ya que todas las computadoras conectadas a ALOHAnet podían enviar datos en cualquier momento sin necesidad de la intervención de un operador y no había limitante en el número de computadoras, además como la transmisión se realizaba por radio, no había costos fijos por lo que el canal se mantenía abierto y se podía utilizar en cualquier momento. Una señal compartida tenía un problema y este consistía en que si dos computadoras intentaban enviar al mismo tiempo ambas señales se estropearían por lo que fue necesario diseñar alguna solución para aliviar este problema. Una solución sería utilizar frecuencias de radio diferentes para cada nodo a esto se le llamó multiplexación en frecuencia, éste sistema requería que cada nodo fuera capaz de sintonizarse con el resto de las maquinas, pero ésta solución desembocaría en otro problema ya que pronto se necesitarían cientos de frecuencias distintas y radios que fueran capaces de escuchar tantas frecuencias al mismo tiempo lo que al final vendría saliendo demasiado costoso. Otra posible solución fue el tener ranuras de tiempo asignadas a cada nodo para enviar, a esto se le conoce como multiplexación por división de tiempo, este sistema era más fácil de implementar debido a que los nodos podían seguir compartiendo una única frecuencia de radio pero había un inconveniente, si un nodo no tenía nada que enviar se estaba desperdiciando su ranura de tiempo, esto nos lleva a situaciones en las que el tiempo 19
disponible está vacío en gran parte y un nodo con datos que enviar lo tendría que hacer muy despacio por si acaso alguno de los otros nodos decidiera enviar algo. ALOHA sin embargo logró utilizar una nueva para resolver el problema, que mas tarde vendría a ser el estándar de acceso múltiple por detección de portadora. En este sistema no hay multiplexación fija para nada, sino que cada nodo escucha para saber si se está utilizando el canal, y si no escucha a nadie entonces comienza a transmitir, pero normalmente esto implicaría que el primer nodo que empezará a transmitir tendría posesíon del medio por tanto el tiempo como quisiera y que los demás no podrían transmitir hasta que éste acabara, por lo tanto para evitar éste problema ALOHAnet hizo que los nodos partieran sus mensajes en pequeños paquetes y que los enviara de uno en uno dejando pequeños espacios entre ellos, esto hacia posible que los otros nodos pudieran enviar sus paquetes en medio de los paquetes de otros nodos, con esto se logró que todo el mundo pudiera compartir al mismo tiempo. 1.5.3 ARCNET ARCENTET es un protocolo de red de área local desarrollado por Datapoint Corporation, el cual utiliza una técnica de acceso de paso de testigo tal como lo hace Token Ring, la topología física más común para este protocolo de red es en estrella y utiliza cable coaxial. La velocidad de transmisión de ARCNET ronda los 2 Mbits, aunque al no haber colisiones en su desempeño era comparable con las redes Ethernet, pero empezó a entrar en deshuso cuando estas últimas abarataron sus precios. ARCNET era el primer sistema extensamente disponible del establecimiento de una red para las microcomputadoras y llegó a ser popular en los años 80, gozó de dos ventajas sumamente importantes sobre Ethernet, uno era su topología en forma de estrella la cual es mucho más fácil de construir y ampliarse, y la otra., era la distancia del cable el cual podría cubrir hasta 610 metros. 20
ARCNET fue una de las tecnologías para redes de área local más predominantes en los años 80 hasta que Ethernet abarató sus costos y los usuarios empezaron a elegir más a éste último dejando así a ARCNET como una tecnología casi en deshuso y por lo tanto obsoleta. 1.5.4 Ethernet En los años 70 Robert Metcalfe hacia pruebas con ARPANET y conectaba computadoras en un laboratorio. Metcalfe planteaba mejoras que se podían introducir al protocolo ALOHA para mejorar su rendimiento. La idea era muy simple antes de transmitir se debía detectar si el canal estaba o no en uso, si estaba en uso la estación tenía que esperar a que ya no estuviera en uso para poder transmitir, además cada estación que estuviera transmitiendo estaría al pendiente del medio en caso de que se produjera una colisión y si eso pasaba la estación dejaría de transmitir y lo volvería a hacer mas tarde, este protocolo recibiría e nombre de detección portadora y detección de colisiones CSMA/CD. En el año de1972 se inventaron las primeras impresoras láser, y la necesidad de conectar computadoras entre sí para compartir estas impresoras se hizo bastante necesaria. La comunicación tenía que ser de muy alta velocidad debido a que la cantidad de información para enviar a las impresoras era muy grande, fue en ese tiempo cuando a Metcalfe se le encomendó la tarea de construir una red que logrará atender todas las exigencias de ese momento. Fue así que nació Ethernet, nombrada así para hacer referencia a una teoría física la cual proponía que ondas electromagnéticas viajaban por un fluido denominado ether el cual se suponía llenaba todo el espacio. La red de 1973 ya tenía todas las características esenciales de la Ethernet actual. Empleaba CSMA/CD para minimizar la probabilidad de colisión, y en caso de que ésta se produjera se ponía en marcha un mecanismo denominado retroceso exponencial binario para reducir gradualmente la agresividad del emisor, con lo que éste se adaptaba a situaciones de muy diverso nivel de 21
tráfico. Tenía topología de bus y funcionaba a 2,94 Mb/s sobre un segmento de cable coaxial de 1.6 Km. de longitud. En 1975 Metcalfe y su colaborador David Boggs describieron Ethernet en un artículo que enviaron a la ACM (Association for Computing Machinery), publicado en 1976. En él ya describían el uso de repetidores para aumentar el alcance de la red. En 1977 Metcalfe, Boggs y otros dos ingenieros de Xerox recibieron una patente por la tecnología básica de Ethernet, y en 1978 Metcalfe y Boggs recibieron otra por el repetidor. En ésta época todo del sistema Ethernet era propiedad de Xerox. A mediados de los años 70 la filosofía que se tenía para dar acceso a los usuarios a una red se basaba en dar servicios mediante una terminal tonta conectada a una computadora central, por lo tanto el planteamiento que proponía Xerox era completamente novedoso ya que se contraponía a lo que era la forma tradicional de dar acceso a una red, la idea esencial de Xerox era que cada usuario pudiera disponer de un computador conectado directamente a la red local y con todas las funciones integradas en éste, así la comunicación de dos usuarios cualesquiera podría ocurrir directamente sin intermediarios y en condiciones de igual a igual. Ligada a esta nueva tendencia venía la necesidad de tener una red de muy alta velocidad para los estándares de la época. Ethernet tenía posibilidades de llegar a satisfacer las nuevas necesidades en cuanto a velocidad pero Xerox no era lo suficientemente grande como para imponer sus productos frente a sus competidores, además que si continuaba como un estándar propietario no tendría un avance considerable así que Metcalfe propuso a IBM formar una alianza con Xerox, pero la propuesta fue rechazada ya que IBM estaba involucrado en otro proyecto de desarrollo de red (Token Ring), entonces, Metcalfe hizo la misma propuesta a Digital Equipment Corporation) que aceptó. A petición de Xerox Intel se incorporó también al grupo, para asegurar que los productos desarrollados se pudieran integrar en chips de bajo costo. 22
A esta unión se le conoció con el nombre de DIX (por Digital, Intel, y Xerox) cabe mencionar que en esos tiempos se decidió subir la velocidad de la red a 10 Mb/s ya que se consideró que esto era factible gracias a la tecnología existente y que esto sería a un precio razonable, fue entonces cuando apareció Ethernet como producto comercial.(vladimirov, 2005) 1.5.5 Token Ring Token Ring es una tecnología para redes de área local desarrollada por IBM la cual cuenta con una topología lógica de anillo y su medio de acceso es mediante el paso de testigos o lo que es lo mismo tokens, esta tecnología está reconocida bajo el estándar IEEE 802.5. La forma de acceder al medio es determinada por el paso de un testigo o token passing, esto es pasando de computadora a computadora, y cuando una de ellas desea transmitir debe esperar la llegada del token vacío y entonces lo llenará con los datos que se van a transmitir y después enviará el token con los datos hacia el destino, una vez que el destino recibe el token con los datos envía el token con el mensaje de que ya se recibió la información y entonces el token se libera y se reinicia el ciclo anterior, cabe mencionar que el token pasa de máquina en máquina en un mismo sentido, esto significa que si una computadora desea transmitir datos a otra que está detrás de ella, el token deberá dar toda la vuelta hasta llegar a ese destino. Las características principales de Token Ring son las siguientes: Utiliza una topología de anillo, aunque por medio de una unidad de acceso multi-estación (MAU), la red puede verse como si fuera una estrella. La distancia entre una computadora y la MAU no puede ser mayor que 100 metros. 23
Estas redes alcanzan una velocidad máxima de transmisión que oscila entre los 4 y los 16 Mbps. 1.5.6 Token Bus Token bus es un protocolo para redes de área local análogo a Token Ring, peor en vez de estar destinado a topologías en anillo está diseñado para topologías de bus. Los nodos están conectados por cable coaxial y se organiza en un anillo virtual. En todo momento hay un testigo token que los nodos de la red se lo van pasando, y únicamente el nodo que tiene el testigo tiene permiso para transmitir. Si el nodo no tuviese que enviar ningún dato, el testigo es pasado al siguiente nodo del anillo virtual. Todos los nodos deben saber las direcciones de sus vecinos en el anillo, por lo que es necesario un protocolo que notifique si un nodo se desconecta del anillo, o las incorporaciones al mismo. Token bus está definido en el estándar IEEE802.4. El protocolo ARCNET es similar, pero no sigue éste estándar. Token bus se utiliza principalmente en aplicaciones industriales. Fue muy apoyado por General Motors. 24
Capítulo 2
2 Introducción a la tecnología inalámbrica 2.1 Presentación El contexto actual que; se caracteriza por la constante innovación tecnológica en el que se desenvuelven los mercados de las Tecnologías de Información y las Comunicaciones (TIC), se convierte en un campo propicio para el surgimiento y desarrollo de redes inalámbricas de área local (con las siglas en inglés WLAN), popularmente conocidas como WI-FI (Wireless Fidelity). La tecnología comúnmente denominada Wi-Fi, utiliza el dominio público readioléctrico en las bandas de frecuencias de 2.400 a 2483.5 Mhz (usualmente denominda banda de 2.4 Ghz.) y las bandas de 5.150 a 5.350 junto con la banda de 5.470 a 5.7725 Mhz (usualmente denominadas bandas de 5 Ghz). La tecnología Wi-Fi permite la conexión inalámbrica por radio de equipos (cualquier equipo o máquina, ejemplos: computadora, videocámara, horno, un sistema de riego, etc) para la transmisión de datos, voz y video. La 3ra generación de los teléfonos móviles y Wi-Fi son dos tecnologías que, sin duda, resultarán decisivas en la futura convergencia de los servicios móviles e Internet, la que permitirá combinar los beneficios de los nuevos servicios multimedia, con flexibilidad y movilidad del Gíreles, sin embargo para que este potencial se realice en forma plena son necesarias conexiones de acceso de banda ancha. Dado el carácter novedoso que impera alrededor de esta nueva tecnología conviene comenzar con una descripción genérica de las características principales de la misma. Como el propio nombre lo indica se trata de tecnologías de redes 26
inalámbricas, que supone un avance muy rápido desde que comenzaron a operar las redes de área local a principios de los años 80. Se caracterizan por un mayor ancho de banda, pero a cambio implica un menor radio de alcance frente a otras tecnologías como el 3G. Este tecnología no necesita licencia para la prestación de sus servicios, ya que opera en un espectro de frecuencia gratuito y no regulado, que se sitúa en los 2.4 Ghz. La movilidad es la principal ventaja de esta novedosa tecnología de acceso a Internet, desarrollándose principalmente en grandes lugares de tránsito, como aeropuertos, estación de ferrocarriles, hoteles, etc. A pesar de sus numerosas ventajas es una tecnología que todavía se encuentra en estado embrionario. La apuesta que se está realizando en los últimos años por parte de las empresas de telecomunicaciones como de los propios fabricantes de hardware para el desarrollo de las tecnologías Wi-Fi es muy considerable, entre sus ventajas se pueden citar: Mayor uso de las aplicaciones móviles. Resolución de problemas de una instalación compleja Implementación rápida y rentable de una red. No tiene impacto ambiental. Se puede instalar incluso en puntos donde no hay luz eléctrica, pues puede ser alimentada por placas solares. Se puede tener acceso a altas velocidades, sin cables. Las primeras experiencias con redes inalámbricas datan de 1979 cuando científicos de IBM en Suiza despliegan la primera red de importancia con tecnología infrarroja. En 1985 se comienzan los desarrollos comerciales de 27
redes con esta filosofía, momento en que el órgano regulador del espectro readioeléctrico americano, la FCC, asigna un conjunto de estrechas bandas de frecuencia para libre uso en las bandas de los 2,4 y los 5 giga hercios. Inmediatamente, la asociación de Ingenieros Electrónicos, IEEE, designa una comisión de trabajo para desarrollar una tecnología de red en dichas bandas: la 802.11. A partir de ese momento se liberan una serie de estándares, el más reciente de los cuales es el IEEE 802.11g. Las ventajas de las redes en estos rangos de frecuencias son claras: no requieren licencias, permisos ni necesidad de comunicación para su despliegue y pueden ser implantadas en cualquier ubicación. Como contrapartida surgen una serie de importantes inconvenientes: interfaces impredecibles con redes próximas por selección de frecuencias iguales o parcialmente solapadas, espectro empleado por otras aplicaciones (redes Bluetooth, usos domésticos como teléfonos inalámbricos, emisores de video, mandos de control remoto, etc) potencia de emisión muy limitada que restringe mucho la cobertura y una banda de uso muy estrecha que permite delimitar muy pocos canales no interferentes. (Nichols, 2003) 2.2 Tecnologías Existen varias tecnologías utilizadas en redes inalámbricas. El empleo de cada una de ellas depende mucho de la aplicación. Cada tecnología tiene sus ventajas y desventajas. A continuación se listan las más importantes en este género. Infrarrojo Banda angosta Espectro extendido 28
2.2.1 Infrarrojo Los sistemas de comunicación por infrarrojo utilizan muy altas frecuencias, justo abajo del espectro de la luz visible para transportar datos. Como la luz, el infrarrojo no puede penetrar objetos opacos, ya sea directamente (línea de vista) o indirectamente (tecnología difundida/reflectiva). El alto desempeño del infrarrojo directo es impráctico para usuario móviles pero su uso es práctico para conectar dos redes fijas. La tecnología reflectiva no requiere línea de vista pero está limitada a cuartos individuales en zonas relativamente cercanas. 2.2.2 Banda Angosta Un sistema de radio de banda angosta transmite y recibe información en una radio frecuencia específica. La banda amplia mantiene la frecuencia de la señal de radio tan angostamente posible para pasar la información. El cruzamiento no deseado entre canales es evitado al coordinar cuidadosamente diferentes usuarios en diferentes canales de frecuencia. En un sistema de radio la privacidad y la no interferencia se incrementa por el uso de frecuencias separadas de radio. El radio receptor filtra todas aquellas frecuencias que no son de su competencia. La desventaja de esta tecnología es el uso amplio de frecuencias, uno para cada usuario, lo cual es impráctico si se tienen muchos. 2.2.3 Espectro Extendido. La gran mayoría de los sistemas inalámbricos emplean la tecnología de Espectro Extendido (Spread Spectrum), un atecnología de banda amplia desarrollada por los militares estadounidenses que provee comunicaciones seguras, confiables y de misión crítica. La tecnología de Espectro Extendido está diseñada para intercambiar eficiencia en ancho de banda por confiabilidad, integridad y seguridad. Es decir, más ancho de banda es consumida con respecto al caso de la transmisión en banda angosta, pero el intercambio (ancho de banda/potencia) produce una señal que es un efecto más fuerte y así más fácil de detectar por el receptor que conoce los parámetros de la señal 29
de espectro extendido que está siendo difundida. Si el receptor no está sintonizado a la frecuencia correcta, una señal de espectro extendido se miraría como ruido en el fondo. Otra característica del espectro disperso es la reducción de interferencia entra la señal procesada y otras señales no esenciales o ajenas al sistema de comunicación. 2.2.4 Que no es espectro extendido Conviene tener presente que existen equipos que utilizan estas mismas frecuencias y que producen una energía de radiofrecuencia, pero que no transmiten información. Estos equipos tienen aplicaciones Industriales, Científicas y Médicas (ICM) y en particular dichos equipos operan en otras bandas de frecuencia (902-908 MHz; 2,400-2500 MHz y 5,525-5875 MHz). Ejemplos de estos equipos son: limpiadores domésticos de joyería, humidificadores ultrasónicos, calefacción industrial, hornos de microondas, etc. Existen dos tipos de señales de Espectro Extendido: Salto en Frecuencia (Frecuencia Hopping, FH) y secuencia directa (Direct Sequence, DS). 2.2.5 Espectro Extendido con salto de frecuencia (FHSS) FHSS utiliza una portadora de banda angosta que cambia la frecuencia en un patrón conocida por el transmisor como el receptor. Tanto transceptor como receptor están debidamente sincronizados comunicándose por un canal que está cambiado a cada momento en frecuencia. FHSS es utilizado para distancias cortas, en aplicaciones por lo general punto a multipunto, donde se tienen una cantidad de receptores diseminados en un área relativamente cercana al punto de acceso. 30
2.2.6 Espectro Extendido en Secuencia Directa (DSSS) DSSS genera un patrón de bits redundante para cada bit que sea transmitido. Este patrón de bit es conocido como código chip. Entre más grande sea este chip, es más grande la probabilidad de que los datos originales puedan ser recuperados (pero por supuesto se requerirá mas ancho de banda). Mas sin embargo si uno o más bits son dañados durante la transmisión, técnicas estadísticas integradas dentro del radio transmisor podrán recuperar la señal original sin necesidad del retransmisión. DSSS se utilizará comúnmente en aplicaciones punto a punto. Distintas especificaciones de WLANs Especificación Estatus Máxima Frecuencia de tasa de Operación bits IEEE 802.11 Utilizado por la mayoría de 2 Mbps 2.4 GHz fabricantes de WLANs IEEE 802.11b Especificación reciente 11 Mbps 2.4 Ghz IEEE 802.11a En desarrollo 24? 5.0 GHz 54Mbps HiperLAN Desarrollado por ETSI 24 Mbps 5.0 GHz Bluetooth Promovido por 3Com, Ericsson, 1 Mbps 2.4 GHz. IBM, Intel Microsoft, Motorola, Nokia y Toshiba. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers ETSI: European Telecommunications Standards Institute Tabla 2.2.6.1 Distintas especificaciones de WLAN s 31
2.3 Clasificación Según su área de cobertura, las redes de datos se clasifican como de ámbito: 1. Personal (PAN, Personal Area Networks, con alcances de pocas decenas de metros, hasta 30 mts.). 2. Locales (LAN, hasta centenares de metros). 3. Metropolitanas (MAN) y de larga distancia (WAN), hasta miles de Kms. 2.3.1 Redes Inalámbricas tipo PAN Bluetooth IEEE 802.15 HomeRF Las redes tipo PAN son una nueva tecnología en redes que cubre distancias cortas y cerradas. Algunas de estas tecnologías son Bluetooth, 802.15 y HomeRF. Bluetooth es una tecnología inalámbrica europea desarrollada por Ericsson que permite la inter-conectividad de dispositivos inalámbricos con otras redes e Internet. Bluetooth al igual que 802.15 y HomeRF trabajan en la banda ancha de frecuencias de espectro esparcido de 2.4 GHz. Bluetooth es capaz de transferir información de un dispositivo a otro a velocidades de hasta 1 Mbps, permitiendo el intercambio de video, voz y datos de manera inalámbrica. El estándar IEEE 802.15 se enfoca básicamente en el desarrollo de estándares para redes tipo PAN o redes inalámbricas de corta distancia. Al igual que Bluetooth el 802.15 permite que dispositivos portátiles como PC s, PDAs, teléfonos, entre otros, puedan comunicarse e inter-operar uno con el otro. Debido a que bluetooth no puede coexistir con una red inalámbrica 802.11x, de alguna manera la IEEE definió este estándar para permitir la 32
interoperabilidad de las redes inalámbricas LAN con las redes tipo PAN. (Nichols, 2003) HomeRF también es una especificación que permite la interconexión de dispositivos inalámbricos en un área pequeña. Con cualquiera de éstas tres últimas tecnologías se podrá accesar a la red de una casa u oficina desde un teléfono celular y se podrán controlar dispositivos o consultar a distancia los datos importantes. 2.3.2 Redes Inalámbricas tipo LAN IEEE 802.11x HiperLan/2 Las redes locales inalámbricas se han vuelto muy populares hoy en día, éstas pueden proveer acceso a datos o Internet; por ejemplo a estudiantes alrededor de un campus universitario utilizando una computadora portátil provista con una tarjeta con acceso inalámbrico. En este sentido la IEEE ha desarrollado varios estándares en que lo a LAN se refiere. La especificación IEEE 802.11 define redes locales inalámbricas que emplean ondas de radio en la banda de 2.4 GHz y 5 GHz conocido como espectro esparcido. Las velocidades típicas de esta tecnología son 11 Mbps en la especificación IEEE 802.11 b y está en desarrollo la especificación IEEE 802.11a en la banda de 5 GHz que alcanzará velocidades de 54 Mbps. Por otro lado el foro global HiperLAN2 definió una especificación que opera en la banda de 5 GHz y que permite la transferencia de datos de hasta 54 Mbps que utiliza una técnica de modulación conocida como OFDM (Orthogonal Digital Multiplexing) para transmitir señales analógicas. OFDM es muy eficiente en ambientes dispersos en el tiempo, como oficinas, donde las señales de radio son reflejadas desde muchos puntos, donde la señal llega a diferentes tiempos de propagación antes de que llegue al receptor. Debido a que HiperLAN es orientado a conexión que posee características de Calidad de 33
Servicio (QoS). El soporte de QoS en combinación con altas velocidades de HiperLAN facilita la transmisión de diferentes tipos de ráfagas de datos como video, voz y datos. (Carballar, 2007) 2.3.3 Redes Inalámbricas tipo WAN/MAN Los principales usos y aplicaciones de este tipo de redes son los siguientes: Telefonía celular analógica y celular Radiolocalización de dos vías (pagers) Radio enlaces terrestres de microondas Laser/Infrarrojo WLL (Wireless Local Loop) Comunicaciones por satélite Aunque originalmente la telefonía celular fue utilizada para la transferencia de voz, muy pronto se desarrollaron protocolos para poder transferir datos a través de esta tecnología inalámbrica. La primera de ellas fue CDPD (Cellular Digital Packet Data), desarrollada a mediados de los 90 s por AT&T. CPCD provee la transmisión inalámbrica de datos digitales como Internet a través de la telefonía celular. Actualmente provee transferencias de hasta 14.4 Kbps si se emplea la técnica de acceso múltiple CDMA (Code División Multiple Access), mientras que en TDMA (Time Division Multiple Access) está limitada a 9.6 Kbps. CDPD se utiliza actualmente para transmitir mensajes breves a PDAs y correo electrónico a teléfonos celulares. CDPD está basado en el protocolo de Internet TCP/IP. Con CDPD es posible transferir datos a través de redes públicas basadas en circuitos como en paquetes. En un futuro cercano aparecerán nuevos servicios con más alta velocidad basados en CDPD a través de redes basadas en paquetes. Otro protocolo es WAP (Wireless Access Protocol). Con Wap son posibles las 34
comunicaciones de datos entre redes inalámbricas a celulares y otros dispositivos portátiles como PDAs, radiolocalizadotes, teléfonos inteligentes, etc. Las especificaciones de WAP soportan la mayoría de los servicios y protocolos de las redes celulares de hoy en día tales como GSM, PDC, TDMA, CDMA y CDPD. Uno de los principales objetivos de la especificación WAP es permitir que dispositivos portátiles se interconecten con las redes inalámbricas independientemente de sistemas operativos y protocolos. Es por eso que WAP utiliza un lenguaje como WML (Wireless Markup Language) que permite la conexión entre las redes y los dispositivos portátiles. Con WAP y WML el contenido de Internet puede ser formateado para uso en una pequeña pantalla del dispositivo portátil. Aunque WAP no es aún estándar oficial, es ampliamente aceptado y es de hecho un estándar de facto. Con el advenimiento de la tercera (3G) y cuarta generación (4G) de la telefonía celular será posible el acceso a Internet a más altas velocidades en el orden de cientos de Kbps en inclusive hasta Mbps. Otras tecnologías WAN/ MAN que permiten acceso a Internet a altas velocidades son MMDS, LMDS; WLL, enlaces de microondas terrestres, vía láser infrarrojo y comunicaciones vía satélite. Con MMDS es posible la provisión de Internet a altas velocidades en el rango de decenas de Mbps a distancias de más de 40 Kilómetros, limitándola únicamente la curvatura de la tierra y la línea de vista. Con LMDS se puede transferir información hasta el rango de Gbps, debido a que trabaja en una banda de frecuencia mayor (20-30 GHz) y con más capacidad de canal, pero funciona en celdas con cobertura de 5 a 8 Kms. Por último, en ésta categoría el acceso vía satélite ha jugado un papel preponderante hoy en día. La ventaja más importante de las comunicaciones vía satélite en el acceso a Internet es la gran cobertura que tiene, alta capacidad en el orden de decenas de Mbps, provee accesos más directos a las dorsales satélites, las comunicaciones vía satélite pueden penetrar áreas 35
remotos donde otros medios de transmisión serían imposibles de llegar. En otras palabras la comunicación vía satélite es capaz de dar acceso a Internet hasta en una isla a miles de kilómetros de distancia. Quizá este sea el medio inalámbrico más caro al principio debido a que hay que comprar infraestructura costosa como las estaciones terrenas y pagar las altas mensualidades de ancho de banda a un proveedor satelital. Existen opciones satelitales más económicas para usuarios residenciales o para pequeñas oficinas. Estos sistemas que operan de manera híbrida y asimétrica utilizan pequeños platos reflectores para la recepción de la información, ya sea mediante una línea privada de menos ancho de banda o mediante un módem casero. Existen también sistemas satelitales económicos pero que operan de manera direccional para pequeños negocios o para proveedores de Internet mediante pequeñas estaciones terrenas. (Carballar, 2007) 36