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  1. Cómputo Móvil MC. Lirio Ruiz Guerra

  2. Redes Inalámbricas Intoducción Estándar IEEE 802 Redes Inalámbricas Estándar IEEE 802.11 Topología WLAN

  3. Introducción

  4. Aplicaciones de Redes WLAN • Ampliación de redes LAN

  5. Aplicaciones de Redes WLAN • Interconexión de edificios

  6. Aplicaciones de Redes WLAN • Acceso nómada

  7. Aplicaciones de Redes WLAN • Trabajo en red ad hoc

  8. Requisitos de Redes Inalámbricas • Rendimiento • Número de Nodos • Conexión a la LAN troncal • Área de Servicio • Consumo de energía • Robustez en la transmisión y seguridad • Funcionamiento de redes adyacentes • Funcionamiento sin licencia • Traspasos (Handoff)/Itinerancia(Roaming) • Configuración dinámica.

  9. El medio inalámbrico • Espectro Electromagnético (EM) • Conjunto de los tipos de radiación. • Radiación • Energía que viaja en ondas y que se propaga en la distancia. • Onda • Perturbación o variación que transfiere energía progresivamente de un punto a otro. • Onda electromagnética • Forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio

  10. El medio inalámbrico • Onda electromagnética

  11. El medio Inalámbrico • Frecuencia • Se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz

  12. Dispositivos • PDA • Teléfonos • Impresoras • Proyectores • Tablet PC • Cámaras de seguridad • Lectores de códigos de barra • Dispositivos personalizados para los mercados verticales • Cuidado de la salud • Fabricación • Ventas • Restaurantes

  13. Retos y Problemas de las WLAN • Interferencia y degradación de la señal de radio • Administración de la energía • Interoperabilidad • Seguridad de la red • Fiabilidad y conectividad • Problemas de instalación y diseño del sitio • Temas de la salud • Rumbo Futuro

  14. Estándarización • Interoperabilidad entre los productos de varios fabricantes • Desarrollo más rápido del producto • Estabilidad • Posibilidad de actualización • Reducción de costos. • Estándar Público • Estándar oficial.

  15. Modelo OSI Datos Segmentos Paquetes Frame Bits

  16. Estandar IEEE 802 • Lista de estándares • Actividad interactiva

  17. Tecnologías y Estándares Inalámbricos

  18. IEEE 802

  19. IEEE 802.11

  20. IEEE 802.11 Capa Física • Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma habitación (802.11). • Radio FHSS (FrequencyHopping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente.(802.11) • Radio DSSS (DirectSequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día. (802.11-/b/g) • Radio OFDM (OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing): Usado para altas velocidades (>11 Mb/s) en la banda de 5 GHz (802.11a/h). Emplea una técnica parecida a ADSL para aprovechar el espectro lo mejor posible. • Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí (salvo que tengan varias etapas de radio). Dentro de un mismo sistema hay autonegociación de la velocidad y funcionalidades.

  21. Capa física. Subcapa PLCP • La subcapa PLCP desempeña las funciones que son comunes a todos los medios de transmisión • La subcapa PLCP incorpora una cabecera que se antepone a la trama MAC. La trama así construida es la que se transmite en el medio físico • Las principales funciones que desempeña la cabecera PLCP son: • Establecer la sincronización entre emisor y receptores a fin de que interpreten correctamente el principio de cada bit y de la trama misma • Indicar la velocidad de transmisión utilizada • Dar tiempo a los receptores de elegir la mejor antena, en caso de utilizar antenas diversidad. Capa física

  22. Trama de la Subcapa PLCP Trama física de 802.3: 7 Bytes 1 Byte Trama física de 802.11b: 7 Bytes 2 Byte 1 Byte 1 Byte 2 Bytes 2 Bytes • Sincronización: Para que los receptores se sincronicen con el emisor (misma función que el preámbulo en 802.3) • Inicio de trama: para marcar el inicio de trama (misma función que en 802.3) • Señal: Marca la velocidad de transmisión (5,5 ó 11 Mb/s) • Servicio: no se utiliza • Longitud: indica el tiempo que durará la transmisión • CRC: para detectar errores en la cabecera PLCP

  23. Espectro radioeléctrico: regulación • La zona del espectro electromagnético utilizada para emisiones de radio se denomina espectro radioeléctrico, y abarca desde 9 KHz hasta 300 GHz • A nivel mundial el espectro radioeléctrico está regulado por la ITU-R, es decir la ITU-R decide quien puede emitir en cada banda de frecuencias, y bajo que condiciones • Para emitir en la mayoría de las bandas se requiere autorización (licencia) • La ITU-R divide el mundo en tres regiones: • Región 1: EMEA (Europa. Medio Oriente y África) • Región 2: América • Región 3: Asia y Oceanía • Cada región tiene una regulación diferente. Además muchos países imponen regulaciones adicionales propias.

  24. Bandas ISM • La ITU-R ha previsto unas bandas, llamadas ISM (Industrial-Scientific-Medical) en las que se puede emitir sin licencia. • Algunos teléfonos inalámbricos, algunos controles remotos y los hornos de microondas hacen uso de las bandas ISM. De esta forma no hay que pedir licencia al comprar un horno de microondas. • Las redes inalámbrica utilizan siempre bandas ISM, pues no sería viable pedir licencia para cada red inalámbrica que se quisiera instalar. • La emisión en la banda ISM, aunque no esté regulada debe cumplir unas condiciones bastante estrictas en la potencia máxima de emisión y el tipo de antena utilizado

  25. Bandas ISM de la ITU-R Telefonía GSM Hornos de microondas

  26. Banda de 2,4 GHz (802.11b/g) • Es la más utilizada • La utilizan tres estándares: • 802.11 (legacy): FHSS y DSSS: 1 y 2 Mb/s • 802.11b: HR/DSSS: 5,5 y 11 Mb/s • 802.11g: DSSS-OFDM: de 6 a 54 Mb/s • Cada estándar es compatible con los anteriores, es decir un equipo 802.11g siempre puede interoperar con uno 802.11b y ambos con uno 802.11 legacy

  27. Espectro disperso • Debido a su carácter no regulado las bandas ISM son un medio ‘hostil’ pues normalmente tienen un nivel de ruido elevado e interferencias. • Para superar esos inconvenientes lo mejor posible se utilizan técnicas de espectro expandido o espectro disperso (spread spectrum, SS). En redes inalámbricas se emplean dos tipos: • Por salto de frecuencia (FrequencyHopping, FHSS). Se empleaba en las primeras redes 802.11, hoy en día esta en desuso. Se sigue empleando en 802.15 (Bluetooth). • Por secuencia directa (DirectSequence, DSSS). Se emplea en todas las redes 802.11 actuales

  28. Espectro disperso por salto de frecuencia (FHSS) • Inventado por la actriz austríaca (e ingeniero de telecomunicaciones) HedyLamarr en 1941, como sistema de radio para guiar los misiles de los aliados contra Hitler. • El emisor y el receptor van cambiando continuamente de frecuencia, siguiendo una secuencia previamente acordada. • Para emitir se emplea un canal estrecho y se concentra en él toda la energía. • En 802.11 se utilizan 79 canales de 1 Mhz y se cambia de canal cada 0,4 segundos. En Bluetooth se cambia más a menudo. • Puede haber diferentes emisores simultáneos si usan distinta secuencia o si usan la misma pero no van sincronizados .

  29. Salto De Frecuencia (FHSS) • La información se transmite brincando de manera aleatoria en intervalos de tiempo fijos, llamados “chips”, de un canal de frecuencia a otro en la banda total. • Aquel receptor sincronizado con el transmisor que tenga exactamente el mismo código de salto podrá brincar a las frecuencias correspondientes y extraer la información.

  30. Symbol time ts “1” “0” “symbol” X f7 f6 = “Barker” sequence f5 f4 Result of multiplication f3 Chip time tc f2 f1 Técnicas de Spread Spectrum • Beneficios • No se producen interferencias con otras señales • Mayor inmunidad al ruido • Difíciles de interceptar • FrequencyHopping (FHSS) • Utiliza una de 78 secuencias del salto. Salto a un nuevo canal del 1MHz (sobre un total de 79 canales) por lo menos cada 400milliseconds • Requiere la adquisición y la sincronización del salto Freq. Time

  31. f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 Salto De Frecuencia (FHSS) • Menor inmunidad al ruido. • Mayor alcance, menor velocidad. • Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2.4 GHz se divide en 79 canales contiguos no solapados de 1 MHz de ancho cada uno. Freq. Time

  32. Espectro disperso por Secuencia Directa (DSSS) • El emisor utiliza un canal muy ancho y envía la información codificada con mucha redundancia. La energía emitida se reparte en una banda más ancha que en FHSS. • Se confía en que el receptor sea capaz de descifrar la información, aun en el caso de que se produzca alguna interferencia en alguna frecuencia. • El canal permanece constante todo el tiempo. • En 802.11 se utilizan canales de 22 MHz. • Puede haber diferentes emisores simultáneos si usan canales diferentes no solapados

  33. Secuencia Directa (DSSS) • La información se mezcla con un patrón pseudo aleatorio de bits, con una frecuencia mucho mayor que la de la información a transmitir. • Aquel receptor que tenga el mismo código de extensión, será capaz de regenerar la información original.

  34. Secuencia Directa (DSSS) • Menor alcance, mayor velocidad. • Puede enviar mayor número de paquetes en un mismo tiempo. • Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2.4 GHz se divide en 14 canales solapados de 22 MHz de ancho cada uno.

  35. Número de Canal 6 13 12 7 9 3 10 5 11 1 4 8 2 14 10 5 9 4 13 3 8 2 12 7 11 1 6 2483 2452 2457 2472 2467 2417 2437 2442 2447 2462 2427 2408 2400MHz 2412 2422 2432 5 Mhz 22 MHz Europa (canales 1 a 13) 1 7 13 1 11 6 EEUU y México (canales 1 a 11) 22 MHz Reparto de canales DSSS a 2,4GHz

  36. Si se quiere utilizar más de un canal en una misma zona hay que elegir frecuencias que no se solapen. El máximo es de tres canales: América y México: canales 1, 6 y 11 Europa: canales 1, 7 y 13 Con diferentes canales se pueden constituir LANs inalámbricas independientes en una misma zona Canales DSSS simultáneos

  37. FrequencyHoppingvsDirectSequence 2,4835 GHz 2,4835 GHz C. 78 C. 73 Canal 13 C. 58 Frecuencia Frecuencia C. 45 Canal 7 0,4 s Interferencia Interferencia C. 20 22 MHz Canal 1 1 MHz C. 9 2,4 GHz 2,4 GHz Tiempo Tiempo FrequencyHopping DirectSequence • El emisor cambia de canal continuamente (unas 50 veces por segundo) • Cuando el canal coincide con la interferencia la señal no se recibe; la trama se retransmite en el siguiente salto • El canal es muy ancho; la señal contiene mucha información redundante • Aunque haya interferencia el receptor puede extraer los datos de la señal

  38. FrequencyHoppingvsDirectSequence

  39. FrequencyHoppingvsDirectSequence 1 MHz 100 Potencia (mW/Hz) Potencia (mW/Hz) 22 MHz 5 Frecuencia (MHz) Frecuencia (MHz) Frequency Hopping Direct Sequence Señal dispersa, baja intensidad Reducida relación S/R Área bajo la curva: 100 mW Señal concentrada, gran intensidad Elevada relación S/R Área bajo la curva: 100 mW

  40. Frequency Hopping vs Direct Sequence • FH permite mayor número de emisores simultáneos y soporta mejor la interferencia por multitrayectoria (rebotes). • DS permite mayor capacidad (802.11b). La interferencia multitrayectoria se resuelve con antenas diversidad. • Hoy en día FH no se utiliza en 802.11, solo en Bluetooth (802.15)

  41. Interferencias • Externas: • Bluetooth transmite a 2,4 GHz por FHSS. Interfiere menos con DSSS. Nada con 802.11a (5 GHz) • Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con FHSS. A DSSS le afectan menos. Nada a 802.11a. • Otros dispositivos que funciona en 2,4 GHz (teléfonos inalámbricos, mandos a distancia de puertas de garage, etc.) tienen una potencia demasiado baja para interferir con las WLANs. • En los sistemas por infrarrojos la luz solar puede afectar la transmisión. • Internas (de la propia señal): • Debidas a multitrayectoria (rebotes de la señal en paredes, techos, etc.).

  42. Interferencia debida a la multitrayectoria T R La señal verde recorre más de la línea en amarillo. El receptor recibe la señal en rojo. • Se produce interferencia debido a la diferencia de tiempo entre la señal que llega directamente y la que llega reflejada por diversos obstáculos. • La señal puede llegar a anularse por completo si el retraso de la onda reflejada coincide con media longitud de onda. En estos casos un leve movimiento de la antena resuelve el problema. • FHSS es más resistente a la interferencia multitrayectoria que DSSS. Pero hoy en día este problema se resuelve con antenas diversidad

  43. Antenas diversidad • Se utilizan normalmente en los puntos de acceso para minimizar la interferencia multitrayectoria. El proceso es el siguiente: • El equipo recibe la señal por las dos antenas y compara, eligiendo la que le da mejor calidad de señal. El proceso se realiza de forma independiente para cada trama recibida, utilizando el preámbulo (128 bits en 2,4 GHz) para hacer la medida • Para emitir a una estación se usa la antena que dió mejor señal la última vez que se recibió algo de ella • Si la emisión falla (no se recibe el ACK) cambia a la otra antena y reintenta • Las dos antenas cubren la misma zona Longitud de onda a 2,4 GHz: 12,5 cm

  44. OFDM divide el canal en variassubportadoras o subcanalesqueenvían los datos en paralelo, modulados en unaportadoraanalógica Los subcanales son ortogonales entre sí, con lo que se minimiza la interferencia y se puedeminimizar la separación entre ellos En 802.11a el canal se divide en 52 subcanales, cadauno de unos 300 KHz de anchura De los 52 subcanales 48 se usanparadatos y 4 paracorrección de errores Funcionamiento de OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

  45. IEEE 802.11

  46. IEEE 802.11 802.11g utiliza una arquitectura híbrida para ofrecer compatibilidad hacia atrás con 802.11b

  47. IEEE 802.11 MAC • STA: Station • AP: Access Point • DS: DistributionSystem • BSS: Basic Service Set • IBSS: IndependetService Set • SSID: Service Set ID • ESS: Extended Service Set

  48. IEEE 802.11 MAC ESS • STA: Station • AP: Access Point • DS: DistributionSystem • BSS: Basic Service Set • SSID: Service Set ID • IBSS: IndependetService Set • ESS: Extended Service Set DS BSS AP STA BSS IBSS

  49. IEEE 802.11 MAC->Funciones • Entrega fiable de datos. • Control de Acceso al medio. • Seguridad.

  50. IEEE 802.11 MAC->Funciones • Entrega fiable de datos. Datos ACK Datos ACK Pedro Ana Gabriel • Todos los envíos son confirmados mediante ACK. • Si Gabriel envía una trama a Ana tiene que mandarla al AP, que se la reenvía. • Si Gabriel envía una trama a un destino remoto (fuera de la celda) el AP se encarga de mandarla por el DS.