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Al comienzo del desarrollo de Internet, la conexión a la red se realizaba mediante un cable de red, que debía instalarse en el interior de forma que no interfiriera. Lo aseguraron y lo escondieron lo mejor que pudieron. Los viejos muebles de computadora todavía tienen agujeros para pasar los cables.

Cuando las tecnologías inalámbricas y las redes Wi-Fi se hicieron populares, desapareció la necesidad de tender cables de red y ocultarlos. La tecnología inalámbrica le permite recibir Internet "por aire" si tiene un enrutador (punto de acceso). Internet comenzó a desarrollarse en 1991 y, hacia 2010, ya se había vuelto especialmente popular.

¿Qué es el wifi?

Este es un estándar moderno para recibir y transmitir datos de un dispositivo a otro. En este caso, los dispositivos deben estar equipados con módulos de radio. Estos módulos Wi-Fi forman parte de muchos dispositivos y equipos electrónicos. Al principio se incluían únicamente en el conjunto de tabletas, portátiles y teléfonos inteligentes. Pero ahora se pueden encontrar en cámaras, impresoras, lavadoras e incluso multicocinas.

Principio de funcionamiento

Para acceder a Wi-Fi, debe tener un punto de acceso. Hoy en día, ese punto es principalmente un enrutador. Se trata de una pequeña caja de plástico, en cuyo cuerpo hay varios enchufes para conectar Internet mediante cable. El enrutador en sí está conectado a Internet a través de un cable de red llamado par trenzado. A través de la antena, el punto de acceso distribuye información de Internet a la red Wi-Fi, a través de la cual varios dispositivos con receptor Wi-Fi reciben estos datos.

En lugar de un enrutador, puede funcionar una computadora portátil, una tableta o un teléfono inteligente. También deben tener una conexión a Internet móvil mediante una tarjeta SIM. Estos dispositivos tienen el mismo principio de intercambio de datos que un enrutador.

No importa el método para conectar Internet al punto de acceso. Los puntos de acceso se dividen en privados y públicos. Los primeros se utilizan únicamente para uso de los propios propietarios. Estos últimos proporcionan acceso a Internet a cambio de dinero o de forma gratuita a un gran número de usuarios.

Los puntos de acceso público se encuentran con mayor frecuencia en lugares públicos. Es fácil conectarse a dichas redes estando en el territorio de este punto o cerca de él. Algunos lugares requieren que inicie sesión, pero se le ofrece una contraseña e inicio de sesión si utiliza los servicios pagos de este establecimiento.

En muchas ciudades, todo su territorio está completamente cubierto por una red Wi-Fi. Para conectarse a él, debe pagar una suscripción, que no es costosa. Los consumidores cuentan con redes comerciales y acceso gratuito. Estas redes son construidas por municipios y particulares. Las pequeñas redes de edificios residenciales y las instituciones públicas se hacen más grandes con el tiempo, utilizan acuerdos entre pares para interactuar libremente entre sí, trabajan en asistencia voluntaria y donaciones de otras organizaciones.

Las autoridades municipales suelen patrocinar proyectos similares. Por ejemplo, en Francia, algunas ciudades ofrecen acceso ilimitado a Internet a quienes dan permiso para utilizar el techo de la casa para instalar una antena Wi-Fi. Muchas universidades de Occidente permiten el acceso en línea a estudiantes y visitantes. El número de hotspots (puntos públicos) crece constantemente.

Estándares wifi

IEEE 802.11– protocolos para bajas velocidades de datos, el principal estándar.

IEEE 802.11a– es incompatible con 802.11b, para altas velocidades, utiliza canales de 5 GHz. Capaz de transmitir datos hasta 54 Mbit/s.

IEEE 802.11b– estándar para velocidades rápidas, frecuencia de canal de 2,4 GHz, rendimiento de hasta 11 Mbit/s.

IEEE 802.11g– velocidad equivalente al estándar 11a, frecuencia de canal 2,4 GHz, compatible con 11b, velocidad de transmisión de hasta 54 Mbit/s.

IEEE 802.11n– el estándar comercial más avanzado, frecuencias de canal de 2,4 y 5 GHz, puede funcionar junto con 11b, 11g, 11a. La velocidad de funcionamiento más alta es de 300 Mbit/s.

Para comprender mejor el funcionamiento de varios estándares de comunicación inalámbrica, considere la información de la tabla.

Usando una red Wi-Fi

El objetivo principal de las comunicaciones inalámbricas en la vida cotidiana es acceder a Internet para visitar sitios web, comunicarse en línea y descargar archivos. No hay necesidad de cables. Con el tiempo, la expansión de los puntos de acceso por las ciudades va avanzando. En el futuro, será posible utilizar Internet mediante una red Wi-Fi en cualquier ciudad sin restricciones.

Estos módulos se utilizan para crear una red dentro de un área limitada entre varios dispositivos. Muchas empresas ya han desarrollado aplicaciones móviles para dispositivos móviles que permiten intercambiar información a través de redes Wi-Fi, pero sin conectarse a Internet. Esta aplicación organiza un túnel de cifrado de datos a través del cual se transmitirá la información a la otra parte.

El intercambio de información se realiza mucho más rápido (varias decenas de veces) que a través de Bluetooth tal como lo conocemos. El teléfono inteligente también puede actuar como un joystick de juego en conexión con una consola de juegos o una computadora, o realizar las funciones de un control remoto de TV que funciona a través de Wi-Fi.

Cómo utilizar una red Wi-Fi

Primero necesitas comprar un enrutador. Debes insertar el cable de alimentación en el enchufe amarillo o blanco y configurarlo según las instrucciones incluidas.

En dispositivos receptores con módulo Wi-Fi, enciéndalo, busque la red requerida y conéctese. Cuantos más dispositivos estén conectados a un enrutador, menor será la velocidad de transferencia de datos, ya que la velocidad se divide equitativamente entre todos los dispositivos.

El módulo Wi-Fi parece una unidad flash normal; la conexión se realiza a través de una interfaz USB. Tiene un bajo costo. En su dispositivo móvil, puede habilitar un punto de acceso que actuará como enrutador. Cuando un teléfono inteligente distribuye Internet a través de un punto de acceso, no se recomienda sobrecargar el procesador del mismo, es decir, no es recomendable ver videos o descargar archivos, ya que la velocidad se divide entre el dispositivo conectado y el de distribución en un base residual.

La tecnología Wi-Fi permite acceder a Internet sin cable. La fuente de dicha red inalámbrica puede ser cualquier dispositivo que tenga un módulo de radio Wi-Fi. El radio de propagación depende de la antena. Usando Wi-Fi, se pueden crear grupos de dispositivos y también puedes simplemente transferir archivos.

VentajasWisconsin— fi

• No se requiere cableado. Gracias a esto se consigue un ahorro en tendido de cables, cableado y también se ahorra tiempo.
• Ampliación ilimitada de la red, con aumento del número de consumidores y puntos de red.
• No es necesario dañar las superficies de paredes y techos para el tendido de cables.
• Compatible globalmente. Este es un grupo de estándares que funciona en dispositivos fabricados en diferentes países.

DefectosWisconsin— fi

• En los países vecinos, se permite el uso de una red Wi-Fi sin permiso para crear una red en locales, almacenes y producción. Para conectar dos casas vecinas con un canal de radio común, es necesario presentar una solicitud a la autoridad supervisora.
• Aspecto jurídico. Los diferentes países tienen diferentes actitudes hacia el uso de transmisores de alcance Wi-Fi. Algunos estados exigen que todas las redes estén registradas si operan en las instalaciones. Otros limitan la potencia del transmisor y ciertas frecuencias.
• Estabilidad de la comunicación. Los enrutadores instalados en el hogar, de estándares comunes, distribuyen la señal a una distancia de 50 metros dentro de los edificios y 90 metros fuera de la habitación. Muchos dispositivos electrónicos y factores climáticos reducen el nivel de la señal. El rango de distancia depende de la frecuencia de operación y otros parámetros.
• Interferencia. En las ciudades existe una importante densidad de puntos de instalación de routers, por lo que suelen surgir problemas para conectarse a un punto si hay otro punto cercano que opere en la misma frecuencia con cifrado.
• Parámetros de fabricación. A menudo sucede que los fabricantes no cumplen con ciertos estándares de fabricación de dispositivos, por lo que los puntos de acceso pueden tener un funcionamiento inestable y la velocidad difiere de la declarada.
• Consumo de electricidad. Un consumo de energía suficientemente grande, que reduce la carga de baterías y acumuladores, aumenta el calentamiento del equipo.
• Seguridad. El cifrado de datos que utiliza el estándar WEP no es fiable y es fácil de descifrar. El protocolo WPA, que es más fiable, no es compatible con los puntos de acceso de equipos más antiguos. El protocolo WPA2 se considera el más fiable en la actualidad.
• Limitación de funciones. Durante la transmisión de pequeños paquetes de información, se les adjunta mucha información oficial. Esto empeora la calidad de la conexión. Por tanto, no se recomienda utilizar redes Wi-Fi para organizar la telefonía IP mediante el protocolo RTP, ya que no hay garantía de calidad de la comunicación.

Características de Wi-Fi y Wi MAX

La tecnología de red Wi-Fi se creó principalmente para que las organizaciones se alejaran de las comunicaciones por cable. Sin embargo, esta tecnología inalámbrica está ganando popularidad en el sector privado. Los tipos de conexiones inalámbricas Wi-Fi y Wi MAX están relacionados en las tareas que realizan, pero resuelven problemas diferentes.

Los dispositivos Wi MAX tienen certificados de comunicación digitales especiales. Se logra una protección completa de los flujos de datos. Sobre la base de Wi MAX se forman redes privadas confidenciales que permiten crear corredores seguros. Wi MAX transmite la información necesaria, a pesar del clima, edificios y otros obstáculos.

Este tipo de comunicación también se utiliza para comunicaciones por vídeo de alta calidad. Podemos destacar sus principales ventajas, consistentes en confiabilidad, movilidad y alta velocidad.

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Puerto de infrarrojos

El puerto de infrarrojos, también conocido como Asociación de datos de infrarrojos: IrDA, puerto de infrarrojos, es un grupo de estándares que describe protocolos de transferencia de datos físicos y lógicos utilizando el rango infrarrojo de ondas de luz como medio de transmisión. Un puerto de infrarrojos es un tipo de enlace de comunicación óptica de corto alcance.

Fue especialmente popular a finales de los 90 y principios de los 2000. En este momento, prácticamente ha sido reemplazado por métodos de comunicación más modernos, como WiFi y Bluetooth. Las principales razones para abandonar los puertos IR fueron:

1. Complicar el montaje de carcasas de dispositivos en las que se montó una ventana transparente a través de la cual funcionaba el puerto de infrarrojos.

2. Requisitos de alcance y línea de visión limitados para el par receptor-transmisor.

3. Velocidad de transferencia de datos relativamente baja de las primeras implementaciones del estándar. En revisiones posteriores del estándar, se corrigió esta deficiencia: las capacidades de velocidad son ligeramente mayores que, por ejemplo, las capacidades de la versión más común actualmente del protocolo Bluetooth (especificación 4.0). Sin embargo, las versiones de alta velocidad de IrDA aún no se han generalizado.

La implementación de hardware suele ser un par de emisor y receptor. El emisor es un LED infrarrojo. El receptor se presenta en forma de fotodiodo. La presencia de un transmisor y un receptor en cada lado es necesaria para garantizar la entrega de datos.

En la vida cotidiana nos topamos constantemente con puertos de infrarrojos. Por ejemplo, un control remoto transmite comandos a un televisor o videograbadora mediante IrDA. Hasta hace poco, la mayoría de los teléfonos móviles, portátiles y PDA estaban equipados con puertos IR. Algunas impresoras y cámaras digitales también están equipadas con ellos. La mayoría de las PC de escritorio, por otro lado, no tienen un puerto de infrarrojos como configuración estándar del sistema y requieren un adaptador de infrarrojos que se conecta a la computadora a través de un puerto USB o un conector especial en la placa base.

A través del puerto de infrarrojos, utilizando protocolos de alto nivel como IrOBEX, puede, por ejemplo, transferir una tarjeta de visita digital, una melodía, una imagen o un archivo a otro teléfono móvil u ordenador que también tenga un puerto de infrarrojos. El mismo protocolo le permite organizar la sincronización de datos. A través de otros protocolos, como IrCOMM e IrLAN, puedes utilizar tu teléfono móvil como módem inalámbrico o conectar dispositivos a una red local, como Ethernet.

Dado que los controles remotos usaban el mismo protocolo que los dispositivos móviles, se podría usar una PDA para controlar el dispositivo de la misma manera que un control remoto. Pero para ello tuvimos que utilizar software adicional.

Bluetooth (traducido literalmente como diente azul) es una especificación para redes de área personal inalámbricas. Bluetooth permite el intercambio de información entre dispositivos como ordenadores personales (sobremesa, ordenadores de bolsillo, portátiles), teléfonos móviles, impresoras y muchos otros dispositivos utilizando una frecuencia de radio de corto alcance gratuita y universalmente disponible.

Bluetooth permite que estos dispositivos se comuniquen cuando se encuentran dentro de un radio de hasta 100 metros entre sí, pero el alcance depende en gran medida de los obstáculos y las interferencias, incluso en diferentes habitaciones.

La palabra Bluetooth es la traducción al inglés de la palabra danesa "Bletand" ("Dientes azules"). Este era el apodo del rey vikingo Harald I Bluetooth, que vivió en Dinamarca hace unos mil años.

El rey recibió este apodo por su diente frontal oscuro. Harald I gobernó Dinamarca y parte de Noruega en el siglo X y unió a las tribus danesas en guerra en un solo reino. La implicación es que Bluetooth hace lo mismo con los protocolos de comunicación, combinándolos en un estándar universal.

El trabajo en la creación de Bluetooth comenzó con el fabricante de equipos de telecomunicaciones Ericsson en 1994 como una alternativa inalámbrica a los cables RS-232. Inicialmente, esta tecnología se adaptó a las necesidades del sistema FLYWAY para una interfaz funcional entre los viajeros y el sistema.

El principio de funcionamiento se basa en el uso de ondas de radio. La comunicación por radio Bluetooth se realiza en la banda ISM, que se utiliza en diversos electrodomésticos y redes inalámbricas (rango sin licencia 2,4-2,48 GHz).

Bluetooth utiliza una técnica de espectro ensanchado por salto de frecuencia llamada FHSS. Este método es fácil de implementar, proporciona inmunidad a las interferencias de banda ancha y el equipo es económico.

Bajo la abreviatura Wi-Fi (de la frase inglesa Wireless Fidelity, que puede traducirse literalmente como "calidad inalámbrica" ​​o "precisión inalámbrica"), actualmente se está desarrollando toda una familia de estándares para la transmisión de flujos de datos digitales a través de canales de radio.

El término “Wi-Fi” se acuñó originalmente como un juego de palabras para atraer la atención del consumidor con un “toque” de Hi-Fi (en inglés: High Fidelity). A pesar de que al principio la frase "Wireless Fidelity" apareció en algunos comunicados de prensa de WECA, ahora se ha abandonado esta redacción y el término "Wi-Fi" no se descifra de ninguna manera.

Normalmente, un diagrama de red Wi-Fi contiene al menos un punto de acceso y al menos un cliente. También es posible conectar dos clientes en modo punto a punto (Ad-hoc), cuando no se utiliza el punto de acceso y los clientes están conectados mediante adaptadores de red “directamente”.

El punto de acceso transmite su identificador de red, llamado SSID, mediante paquetes de señalización especiales a una velocidad de 0,1 Mbps cada 100 ms. Por lo tanto, 0,1 Mbit/s es la velocidad de transferencia de datos más baja para Wi-Fi. Conociendo el SSID de la red, el cliente puede saber si es posible una conexión a un punto de acceso determinado.

Cuando el receptor se encuentra dentro del alcance de dos puntos de acceso con el mismo ID, elige entre ellos según la intensidad de la señal. El estándar Wi-Fi ofrece al cliente total libertad a la hora de elegir los criterios de conexión.

Beneficios del wifi:

1. Le permite implementar una red sin tender cables, lo que puede reducir el costo de implementación y/o expansión de la red. Los lugares donde no se puede instalar cable, como exteriores y edificios de valor histórico, pueden recibir servicio mediante redes inalámbricas.

2. Permite que los dispositivos móviles accedan a la red.

3. Los dispositivos Wi-Fi están ampliamente disponibles en el mercado. La compatibilidad de los equipos está garantizada mediante la certificación obligatoria de los equipos que llevan el logotipo de Wi-Fi.

4. Movilidad. Ya no está atado a un solo lugar y puede utilizar Internet en un ambiente cómodo.

5. Dentro de la zona wifi, varios usuarios pueden acceder a Internet desde ordenadores, portátiles, teléfonos, etc.

6. La radiación de los dispositivos Wi-Fi durante la transmisión de datos es un orden de magnitud (10 veces) menor que la de un teléfono móvil.

puerto de infrarrojos inalámbrico

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) es una tecnología de telecomunicaciones diseñada para proporcionar comunicaciones inalámbricas universales a largas distancias para una amplia gama de dispositivos (desde estaciones de trabajo y computadoras portátiles hasta teléfonos móviles). Basado en el estándar IEEE 802.16, que también se llama Wireless MAN (WiMAX debe considerarse un nombre de jerga, ya que no es una tecnología, sino el nombre del foro donde se acordó Wireless MAN).

WiMAX es adecuado para resolver los siguientes problemas:

1. Conexiones de puntos de acceso Wi-Fi entre sí y con otros segmentos de Internet.

2. Proporcionar acceso inalámbrico de banda ancha como alternativa a las líneas arrendadas y DSL.

3. Prestación de servicios de telecomunicaciones y transmisión de datos de alta velocidad.

4. Creación de puntos de acceso que no estén ligados a la ubicación geográfica.

5. Creación de sistemas de monitoreo remoto (sistemas de monitoreo), como es el caso del sistema SCADA.

WiMAX permite acceder a Internet a altas velocidades, con mayor cobertura que las redes Wi-Fi. Esto permite utilizar la tecnología como "canales troncales", una continuación de los cuales son las líneas tradicionales DSL y arrendadas, así como las redes locales. Como resultado, este enfoque permite la creación de redes escalables de alta velocidad dentro de las ciudades.

WiMax le permite transmitir datos a través de un canal de radio (similar a las comunicaciones móviles) en entornos urbanos, a pesar de los edificios, los árboles o las condiciones climáticas. Los proveedores instalan transmisores WiMax en varias áreas de la ciudad y le permiten conectarse a Internet dentro de toda el área de cobertura utilizando una computadora o un teléfono móvil que admita WiMax. Además del acceso a Internet, WiMax se utiliza para comunicaciones de voz y vídeo de alta calidad.

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Entre las tecnologías inalámbricas más conocidas se encuentran: Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth, USB inalámbrico y una tecnología relativamente nueva: ZigBee, que se desarrolló originalmente centrándose en aplicaciones industriales.

Figura 1: Estándares inalámbricos

Cada una de estas tecnologías tiene características únicas (ver Figura 2) que definen sus respectivas aplicaciones.

Intentemos formular los requisitos que debe satisfacer la tecnología de la comunicación para su aplicación exitosa en la industria. Digamos que hay una determinada instalación industrial que consta de varios accionamientos de bombas eléctricas, un dispositivo para recopilar información de varios sensores tecnológicos, por ejemplo, sensores de presión, temperatura, flujo, incluidos los instalados de forma remota, una consola del operador y una sala de control. Las bombas se controlan desde la consola del operador y la sala de control monitorea continuamente el sistema.

Figura 2 – Principales características de los estándares de comunicación inalámbrica populares

Obviamente, la mejor opción desde el punto de vista de la simplicidad y la conveniencia sería unir todos los dispositivos involucrados en el intercambio de información en una única red de información que funcione con el mismo estándar. Dado que en una instalación industrial se pueden instalar dispositivos de diversa complejidad y, en consecuencia, de costo, el complejo de software y hardware que proporciona acceso a cada dispositivo a la red de información debe ser bastante económico. Además, la tecnología de la comunicación debe proporcionar el alcance y la velocidad de conexión necesarios. Y si tenemos en cuenta que una instalación industrial se puede complementar con nuevos componentes (por ejemplo, otra bomba o un dispositivo de recogida de información), entonces la tecnología de la comunicación requiere capacidad de escalamiento. Y, por supuesto, la tecnología de la comunicación debe garantizar la fiabilidad y seguridad de la transferencia de información. El caso considerado es un ejemplo típico de un sistema de control distribuido, donde cada uno de los nodos, al ser inteligente, realiza su propia tarea de automatización local y las conexiones entre los nodos son "débiles": principalmente comandos de control operativo y cambios en la configuración de los controles. variables, mensajes sobre el estado de los equipos se transmiten a través de la red y el proceso tecnológico. Cada nodo, por ejemplo basado en un convertidor de frecuencia, tiene sus propios canales de comunicación con los sensores de proceso y no es necesario transmitir grandes flujos de datos.

El análisis de las tecnologías inalámbricas muestra que las tecnologías de alta velocidad Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth y USB inalámbrico están destinadas principalmente al mantenimiento de periféricos de computadora y dispositivos multimedia. Están optimizados para transmitir grandes volúmenes de información a altas velocidades, funcionan principalmente en topología punto a punto o en estrella y no son adecuados para implementar redes industriales ramificadas complejas con una gran cantidad de nodos. Por el contrario, la tecnología ZigBee tiene tasas de transferencia de datos y distancias entre nodos bastante modestas, pero tiene las siguientes ventajas importantes desde el punto de vista del uso industrial.

1.Está enfocado al uso primario en sistemas de control distribuidos multimicroprocesador con recolección de información de sensores inteligentes, donde las cuestiones de minimizar el consumo de energía y los recursos del procesador son decisivas.

2. Proporciona la capacidad de organizar redes autoconfigurables con una topología compleja, en las que la ruta del mensaje se determina automáticamente no solo por la cantidad de dispositivos (nodos) operativos o actualmente encendidos/apagados, sino también por la calidad de la comunicación entre ellos, lo cual se determina automáticamente a nivel de hardware.

3. Proporciona escalabilidad: puesta en servicio automática de un nodo o grupo de nodos inmediatamente después de que se suministra energía al nodo.

4. Garantiza una alta confiabilidad de la red al seleccionar una ruta de transmisión de mensajes alternativa en caso de cortes/fallas en nodos individuales.

5. Admite mecanismos de cifrado de mensajes AES-128 de hardware integrados, eliminando la posibilidad de acceso no autorizado a la red.

Organización de una red ZigBee

ZigBee es un estándar de comunicación inalámbrica relativamente nuevo que se desarrolló originalmente como un medio para transmitir pequeñas cantidades de información a distancias cortas con un consumo mínimo de energía. De hecho, este estándar describe las reglas para el funcionamiento de un complejo de hardware y software que implementa la interacción inalámbrica de dispositivos entre sí.

La pila de protocolos ZigBee es un modelo jerárquico construido sobre el principio del modelo de siete capas de protocolos de transferencia de datos en sistemas abiertos OSI (Open System Interconnection). La pila incluye capas del estándar IEEE 802.15.4 responsable de implementar el canal de comunicación, y capas de soporte de aplicaciones y redes de software definidas por la especificación ZigBee. . El modelo de implementación del estándar de comunicación ZigBee se presenta en la Figura 3.

Figura 3 – Modelo multinivel del estándar de comunicación ZigBee

El estándar IEEE 802.15.4 define dos capas inferiores de la pila: la capa de acceso a medios (MAC) y la capa física de medios de propagación (PHY), es decir, las capas inferiores del protocolo de transferencia inalámbrica de datos. . La alianza define las capas de software de la pila ZigBee desde el control de enlace de datos hasta los perfiles ZigBee. La recepción y transmisión de datos a través de un canal de radio se realiza en el nivel físico PHY, que determina el rango de frecuencia operativa, el tipo de modulación, la velocidad máxima y el número de canales (Tabla 1). La capa PHY activa y desactiva el transceptor, detecta la energía de la señal recibida en el canal de trabajo, selecciona un canal de frecuencia físico, indica la calidad de la comunicación al recibir un paquete de datos y estima un canal libre. Es importante comprender que 802.15.4 es una radio física (chip transceptor de radio) y ZigBee es una red lógica y una pila de software que proporciona funciones de seguridad y enrutamiento.

El siguiente en la estructura de la pila ZigBee es el nivel de control de acceso al entorno MAC IEEE 802.15.4, que realiza la entrada y salida de la red de dispositivos, la organización de la red, la generación de paquetes de datos, la implementación de varios modos de seguridad ( incluido cifrado AES de 128 bits), direccionamiento de 16 y 64 bits.

La capa MAC proporciona varios mecanismos de acceso a la red, soporte para topologías de red desde punto a punto hasta red multicelular, intercambio de datos garantizado (ACK, CRC), admite transmisión de datos en streaming y en paquetes.

Para evitar interacciones no deseadas, es posible utilizar la división de tiempo basada en el protocolo CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access and Collision Prevention).

La división de tiempo de ZigBee se basa en el uso de un modo de sincronización en el que los dispositivos de red esclavos, que están en estado de "suspensión" la mayor parte del tiempo, se "despiertan" periódicamente para recibir una señal de sincronización del coordinador de red, lo que permite que los dispositivos dentro la celda de la red local para saber en qué momento se realiza la transferencia de datos. Este mecanismo, basado en determinar el estado del canal de comunicación antes del inicio de la transmisión, puede reducir significativamente (pero no eliminar) las colisiones provocadas por la transmisión de datos por varios dispositivos simultáneamente. El estándar 802.15.4 se basa en la transmisión de datos semidúplex (un dispositivo puede transmitir o recibir datos), lo que no permite utilizar el método CSMA-CA para la detección de colisiones, solo para evitar colisiones.

La especificación de la pila proporciona tres tipos de dispositivos: coordinador, enrutador y dispositivo final. Coordinador inicializa la red, administra sus nodos, almacena información sobre la configuración de cada nodo, establece el número de canal de frecuencia y el identificador de red PAN ID, y durante la operación puede ser una fuente, un receptor y una retransmisión de mensajes. Enrutador Es responsable de elegir la ruta de entrega de un mensaje transmitido a través de la red de un nodo a otro, y durante la operación también puede ser una fuente, receptor o retransmisión de mensajes. Si los enrutadores tienen las capacidades adecuadas, pueden determinar rutas optimizadas a un punto específico y almacenarlas para su uso posterior en tablas de enrutamiento. Dispositivo final no participa en la gestión de la red ni en la retransmisión de mensajes, siendo únicamente una fuente/receptor de mensajes.

Entre las propiedades de ZigBee, cabe destacar la compatibilidad con topologías de red complejas. Es gracias a esto, con un alcance de comunicación máximo relativamente corto de dos dispositivos cercanos, que es posible ampliar el área de cobertura de la red en su conjunto. Esto también se ve facilitado por el direccionamiento de 16 bits, que permite combinar más de 65 mil dispositivos en una red.

Figura 4 – Topologías de red ZigBee

La mayoría de los estándares de redes inalámbricas actualmente en uso fueron desarrollados por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE).

Las redes inalámbricas se pueden dividir en redes personales (WPAN), de área local (WLAN), metropolitanas (WMAN) y de área amplia (WWAN).

Los estándares IEEE se aplican sólo a los últimos tres tipos de redes inalámbricas.

Las redes inalámbricas personales son administradas por el grupo de trabajo 802.15. En el marco de la norma se definen cuatro grupos que resuelven diferentes problemas.

Redes inalámbricas personales

Tabla 1. Estándares 802.15.x

Redes inalámbricas locales

El estándar de redes inalámbricas más común es la tecnología IEEE 802.11, que es un estándar para organizar comunicaciones inalámbricas en un área limitada en modo de red local, es decir. cuando varios abonados tienen igual acceso a un canal de transmisión común. Es más conocido por los usuarios por su nombre Wi-Fi, que en realidad es una marca propuesta y promovida por Wi-Fi Alliance.

Tabla 2. Estándares 802.11.x

De todos los estándares de transmisión de datos inalámbricos IEEE 802.11 existentes, solo cuatro se utilizan con mayor frecuencia en la práctica: 802.11a, 802.11b, 802.11g y 802.11n.

El estándar IEEE 802.11a es el ancho de banda más alto de la familia de estándares 802.11 y proporciona velocidades de datos de hasta 54 Mbps. A diferencia del estándar básico, que se centra en el rango de frecuencia de 2,4 GHz, las especificaciones 802.11a prevén el funcionamiento en el rango de 5 GHz. Se eligió la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) como método de modulación de señal. Las desventajas de 802.11a incluyen un mayor consumo de energía de los transmisores de radio para frecuencias de 5 GHz, así como un alcance más corto.

En el estándar IEEE 802.11b, las velocidades de transferencia de datos son de hasta 11 Mbit/s, funcionando en la banda de 2,4 GHz, este estándar ha ganado la mayor popularidad entre los fabricantes de equipos para redes inalámbricas; Dado que los equipos que funcionan a una velocidad máxima de 11 Mbps tienen un alcance más corto que a velocidades más bajas, el estándar 802.11b prevé una reducción automática de la velocidad cuando la calidad de la señal se deteriora.

El estándar IEEE 802.11g es una evolución lógica del 802.11b e implica la transmisión de datos en el mismo rango de frecuencia. Además, 802.11g es totalmente compatible con 802.11b, lo que significa que cualquier dispositivo 802.11g debe poder funcionar con dispositivos 802.11b. La velocidad máxima de transmisión en el estándar 802.11g es de 54 Mbps, por lo que hoy es el estándar de comunicación inalámbrica más prometedor.

802.11n proporciona hasta cuatro veces la velocidad de transferencia de datos de los dispositivos 802.11g (que tienen una velocidad máxima de 54 Mbps) cuando se utiliza en modo 802.11n con otros dispositivos 802.11n. En teoría, 802.11n es capaz de proporcionar velocidades de transferencia de datos de hasta 480 Mbps. Los dispositivos 802.11n funcionan en las bandas de 2,4 - 2,5 o 5,0 GHz.

Además, los dispositivos 802.11n pueden funcionar en tres modos: Legacy, que brinda soporte para dispositivos 802.11b/g, y 802.11a Mixed, que admite dispositivos “puros” 802.11b/g, 802.11a y 802.11n » modo - 802.11n (Es en este modo donde puede aprovechar la mayor velocidad y el mayor rango de transmisión de datos que proporciona el estándar 802.11n).

El estándar 802.11ac opera sólo en el espectro de 5GHz. Habrá compatibilidad con versiones anteriores de dispositivos 802.11n (a 5 GHz) y 802.11a. Al mismo tiempo, se espera un aumento significativo no sólo del ancho de banda, sino también de la cobertura.

Una innovación importante es la tecnología MU-MIMO (Multiple User). En realidad, se trata de un conmutador de radio espacial que le permite transmitir y recibir datos simultáneamente de varios usuarios a través de un canal de frecuencia.

En términos de servicios, 802.11ac, por un lado, se centra en un sustituto mucho más completo del acceso por cable a altas velocidades que 802.11n. Por otro lado, naturalmente existe el objetivo de respaldar eficazmente los servicios multimedia en torno al streaming de vídeo de alta definición.

La disponibilidad de canales de frecuencia en el espectro de 5 GHz, que varía significativamente de un país a otro, y en la Federación de Rusia es, por ejemplo, de sólo 100 MHz (5150-5250 MHz). Por lo tanto, hasta que nuestro regulador piense profundamente en la necesidad de liberar parte del espectro de 5 GHz para fines Wi-Fi, como se ha hecho en muchos países, una tecnología tan atractiva seguirá siendo un hermoso cuento de hadas en nuestras realidades.

802.11 ad El estándar funcionará en el espectro de 60 GHz, que no tiene licencia en la mayoría de los países. Hay mucho más ancho de banda libre disponible aquí que en el congestionado espectro de 2,4 GHz y el ya congestionado espectro de 5 GHz.

En términos de servicios, este estándar se centra en admitir vídeo de alta definición (HD). Además, aquí se esperan servicios como "acoplamiento inalámbrico", cuando todos los dispositivos son una computadora, monitor, proyector, etc. Tener intercambio de datos inalámbrico. La frecuencia ultraalta utilizada produce señales con una dirección bastante estrecha. También existen muchos problemas debido a la intensa absorción de señales al atravesar obstáculos, por lo que el principal caso de uso esperado es la interacción de dispositivos dentro de una habitación.

Se espera que 802.11ad sea compatible con el estándar WiGig.

Redes regionales y de ciudades

Las tecnologías unidas bajo la marca WiMAX tienen como objetivo implementar el acceso inalámbrico de banda ancha a distancias significativas. La promoción comercial de la tecnología corre a cargo de la organización WiMAX Forum.

Según la especificación estándar 802.16, la distancia máxima a la que es posible la interacción a través de redes WiMAX es de 50 km y el rendimiento total es de 70 Mbit/s.

En condiciones de funcionamiento reales, estas cifras son mucho más modestas y ascienden a unos 8 km y 2 Mbit/s. Estas características hacen que el protocolo WiMAX sea muy atractivo para sustituir las tecnologías tradicionales que proporcionan la “última milla” de acceso a Internet y a la telefonía. Los proveedores de una extensa red inalámbrica metropolitana pueden proporcionar canales inalámbricos "dedicados" para organizar redes privadas virtuales entre las oficinas de la empresa. Las ventajas son obvias: mayor rendimiento que con la tecnología SL, sin necesidad de tender cables.

En un futuro próximo está prevista la introducción generalizada de dispositivos con el estándar 802.16e. Se trata de una versión móvil del protocolo WiMAX, diseñada para su uso como terminales finales de dispositivos como ordenadores, PDA, teléfonos móviles, etc.

Desarrollado con asistencia gubernamental, el estándar WiBRO realiza las mismas funciones y es compatible con el estándar 802.16e. La versión original del protocolo WiMAX, descrito en el estándar 802.16c, utilizaba frecuencias en el rango de 10...66 GHz. Esta gama tiene algunas restricciones de licencia. Además, no se puede utilizar donde haya obstáculos entre el receptor y el transmisor.

El estándar 802.16a, que describe el uso del rango de 2 ... 11 GHz, se lanzó en 2004. Dado que la lógica de funcionamiento de WiMAX implica el uso de un esquema punto a multipunto con una capacidad de canal fija para cada suscriptor, Se utiliza un mecanismo de acceso múltiple por división de tiempo a nivel de enlace (acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). Este método se utiliza ampliamente en redes celulares (por ejemplo, GSM) y permite garantizar la calidad del servicio.

El estándar 802.16 implica cifrar el tráfico mediante el algoritmo DES. La versión móvil de WiMAC (802.16e) amplía las capacidades de seguridad de la información al agregar autenticación de estación mediante el protocolo EAP, administración de claves mediante el Protocolo de administración de claves y privacidad versión 2 (PKMv2) y cifrado AES. Cuando se utiliza el estándar 802.16 para transmitir datos corporativos, se recomienda fortalecer los mecanismos de seguridad integrados utilizando tecnologías de redes privadas virtuales.

Al diseñar e implementar redes, debe recordar que el rango de frecuencia asignado para Wi-Fi es muy limitado, por lo que debe intentar no utilizar antenas con una ganancia mayor de la necesaria y también tomar medidas para evitar interferencias con las redes vecinas.