Internet de las Cosas: electrodomésticos con tecnologías inalámbricas. Tecnologías de redes inalámbricas

El artículo analiza tres tecnologías de transmisión inalámbrica de datos, cuyos nombres, como dicen, son familiares para todos: ZigBee, BlueTooth y Wi-Fi, y también proporciona posibles áreas de uso y recomendaciones para elegir tecnología para una tarea específica.

Tecnología inalámbrica Bluetooth

La tecnología BlueTooth (estándar IEEE 802.15) fue la primera tecnología que permitió organizar una red personal inalámbrica (WPAN - Wireless Personal Network). Permite la transmisión de datos y voz en distancias cortas (10 a 100 m) en el rango de frecuencia sin licencia de 2,4 GHz y conecta PC, teléfonos móviles y otros dispositivos en ausencia de línea de visión.

BlueTooth debe su nacimiento a Ericsson, que en 1994 comenzó a desarrollar una nueva tecnología de comunicación. Inicialmente, el objetivo principal era desarrollar una interfaz de radio de bajo consumo y bajo coste que permitiera la comunicación entre teléfonos móviles y auriculares inalámbricos. Sin embargo, posteriormente, el trabajo de desarrollo de la interfaz de radio se convirtió sin problemas en la creación de una nueva tecnología.

En el mercado de las telecomunicaciones, así como en el mercado de la informática, el éxito de las nuevas tecnologías está garantizado por las empresas manufactureras líderes que deciden sobre la viabilidad y los beneficios económicos de integrar nuevas tecnologías en sus nuevos desarrollos. Por lo tanto, para garantizar un futuro digno y un mayor desarrollo de su creación, Ericsson organizó en 1998 el consorcio BlueTooth SIG (Special Interest Group), al que se le asignaron las siguientes tareas:

• mayor desarrollo de la tecnología BlueTooth;
• Promoción de nuevas tecnologías en el mercado de las telecomunicaciones.

El consorcio BlueTooth SIG incluye empresas como Ericsson, Nokia, 3COM, Intel, National Semiconductor.

Sería lógico suponer que el primer paso del consorcio BlueTooth SIG sería estandarizar la nueva tecnología con el objetivo de lograr compatibilidad entre dispositivos BlueTooth desarrollados por diferentes empresas. Esto se dio cuenta. Para ello, se desarrollaron especificaciones que describen en detalle los métodos de uso del nuevo estándar y las características de los protocolos de transferencia de datos.

Como resultado, se desarrolló la pila de protocolos de transmisión de datos inalámbricos BlueTooth (Fig. 1).

Arroz. 1. Pila de protocolos Bluetooth

La tecnología BlueTooth admite conexiones punto a punto y punto a multipunto. Dos o más dispositivos que utilizan el mismo canal forman una piconet. Uno de los dispositivos funciona como principal (maestro) y el resto como subordinados (esclavo). Una sola piconet puede tener hasta siete esclavos activos, con los esclavos restantes en estado "estacionado", permaneciendo sincronizados con el maestro. Las picoredes que interactúan forman una "red distribuida" (scatternet).

Sólo hay un dispositivo maestro en cada piconet, pero los dispositivos esclavos pueden formar parte de diferentes piconets. Además, el dispositivo maestro de una piconet puede ser un dispositivo esclavo en otra (Fig. 2).

Arroz. 2. Piconet con dispositivos esclavos. a) con un dispositivo esclavo. b) varios. c) red distribuida

Desde que los primeros módulos BlueTooth llegaron al mercado, su uso generalizado en nuevas aplicaciones se ha visto obstaculizado por la compleja implementación de software de la pila de protocolos BlueTooth. El desarrollador tuvo que implementar de forma independiente el control del módulo BlueTooth y desarrollar perfiles que determinen la interacción del módulo con otros dispositivos BlueTooth utilizando comandos de interfaz del controlador host (HCI - Host Controller Interface). El interés por la tecnología BlueTooth crecía cada día, cada vez aparecían más empresas que desarrollaban componentes para ella, pero no existía una solución que simplificara significativamente la gestión de los módulos BlueTooth. Y se encontró esa solución. La empresa finlandesa, tras estudiar la situación del mercado, fue una de las primeras en ofrecer a los desarrolladores la siguiente solución.

En la mayoría de los casos, los desarrolladores utilizan la tecnología BlueTooth para reemplazar una conexión en serie por cable entre dos dispositivos por una inalámbrica. Para organizar una conexión y realizar la transferencia de datos, el desarrollador debe implementar mediante programación, utilizando los comandos de la interfaz del controlador del host, los niveles superiores de la pila de protocolos BlueTooth, que incluyen: L2CAP, RFCOMM, SDP, así como el perfil de interacción del puerto serie - SPP. (Perfil de puerto serie) y Perfil de descubrimiento de servicio (SDP). La empresa finlandesa decidió aprovechar esto desarrollando una versión de firmware para módulos BlueTooth, que representa una implementación de software completa de toda la pila de protocolos BlueTooth (Fig. 1), así como los perfiles SPP y SDP. Esta solución permite al desarrollador controlar el módulo, establecer una conexión serie inalámbrica y realizar transferencias de datos mediante comandos de caracteres especiales, tal como se hace cuando se trabaja con módems convencionales mediante comandos AT estándar.

A primera vista, la solución comentada anteriormente puede reducir significativamente el tiempo necesario para integrar la tecnología BlueTooth en productos recientemente desarrollados. Sin embargo, esto impone ciertas restricciones al uso de la tecnología BlueTooth. Esto afecta principalmente a la reducción del rendimiento máximo y al número de conexiones asíncronas simultáneas admitidas por el módulo BlueTooth.

A mediados de 2004, la versión 1.2 de la especificación BlueTooth, que se publicó en 2001, fue reemplazada por la versión 1.2 de la especificación BlueTooth. Las principales diferencias entre las especificaciones 1.2 y 1.1 incluyen:

1. Implementación de tecnología de salto de frecuencia adaptativo (AFH).
2. Conectividad de voz mejorada.
3. Reduzca el tiempo que lleva establecer una conexión entre dos módulos BlueTooth.

Se sabe que BlueTooth y Wi-Fi utilizan la misma banda sin licencia de 2,4 GHz. Por lo tanto, en los casos en que los dispositivos BlueTooth estén dentro del alcance de dispositivos Wi-Fi y se comuniquen entre sí, esto puede provocar colisiones y afectar el rendimiento de los dispositivos. La tecnología AFH evita colisiones: durante el intercambio de información, para combatir las interferencias, la tecnología BlueTooth utiliza saltos de frecuencia de canal, cuya selección no tiene en cuenta los canales de frecuencia en los que los dispositivos Wi-Fi intercambian datos. En la figura. La Figura 3 ilustra el principio de funcionamiento de la tecnología AFH.

Arroz. 3. Principio de funcionamiento de la tecnología AFH. a) colisiones b) evitar colisiones mediante sintonización de frecuencia de canal adaptativa

El desarrollo de la tecnología BlueTooth no se detiene. El consorcio SIG ha desarrollado un concepto para el desarrollo tecnológico hasta 2008 (Fig. 4).

Arroz. 4. Etapas de desarrollo de la tecnología Bluetooth

Actualmente, existe una gran cantidad de empresas en el mercado que ofrecen módulos BlueTooth, así como componentes para implementar de forma independiente el hardware de un dispositivo BlueTooth. Casi todos los fabricantes ofrecen módulos que admiten las especificaciones BlueTooth versión 1.1 y 1.2 y corresponden a la clase 2 (alcance 10 m) y clase 1 (alcance 100 m). Sin embargo, si bien la versión 1.1 es totalmente compatible con la versión 1.2, todas las mejoras mencionadas anteriormente que se incluyen en la versión 1.2 solo se pueden obtener si ambos dispositivos son compatibles con la versión 1.2.

En noviembre de 2004, se adoptó la versión 2.0 de la especificación BlueTooth, que admite la tecnología de velocidad de datos mejorada (EDR). La especificación 2.0 con soporte EDR permite el intercambio de datos a velocidades de hasta 3 Mbit/s. A finales de 2005, los fabricantes ofrecieron las primeras muestras producidas en masa de módulos correspondientes a la versión 2.0 y compatibles con la tecnología avanzada de transferencia de datos EDR. El alcance de estos módulos es de 10 m en ausencia de línea de visión, lo que corresponde a la clase 2, y en presencia de línea de visión puede alcanzar los 30 m.

Como se señaló anteriormente, el objetivo principal de la tecnología BlueTooth es reemplazar una conexión en serie por cable. Sin embargo, el perfil SPP utilizado para organizar la conexión no es, por supuesto, el único perfil que los desarrolladores pueden utilizar en sus productos. La tecnología BlueTooth define los siguientes perfiles: perfil de acceso genérico, perfil de descubrimiento de servicios, perfil de telefonía inalámbrica, perfil de intercomunicador, perfil de auriculares), perfil de acceso telefónico a redes, perfil de fax, perfil de acceso a LAN, perfil de intercambio de objetos genérico, perfil de inserción de objetos, archivo Perfil de transferencia, perfil de sincronización.

Tecnología de datos inalámbricos Wi-Fi

La situación con el Wi-Fi es algo confusa, así que primero definamos la terminología utilizada.

El estándar IEEE 802.11 es el estándar básico para construir redes locales inalámbricas (Wireless Local Network - WLAN). El estándar IEEE 802.11 se ha mejorado constantemente y actualmente existe toda una familia, que incluye las especificaciones IEEE 802.11 con los índices de letras a, b, c, d, e, g, h, i, j, k, l, m. , n, o , p, q, r, s, u, v, w. Sin embargo, sólo cuatro de ellos (a, b, g e i) son los principales y más populares entre los fabricantes de equipos, mientras que el resto (c-f, h-n) son adiciones, mejoras o correcciones a las especificaciones aceptadas.

A su vez, el Instituto de Ingenieros Electrónicos y Eléctricos (IEEE) sólo desarrolla y adopta especificaciones para los estándares anteriores. Sus responsabilidades no incluyen probar la compatibilidad de equipos de varios fabricantes.

Para promover en el mercado los equipos de redes de área local inalámbricas (WLAN), se creó un grupo llamado Wi-Fi Alliance. Esta alianza gestiona la certificación de equipos de varios fabricantes y otorga permiso a los miembros de Wi-Fi Alliance para utilizar el logotipo de la marca Wi-Fi. La presencia del logotipo de Wi-Fi en el equipo garantiza un funcionamiento confiable y compatibilidad del equipo al construir una red local inalámbrica (WLAN) en equipos de diferentes fabricantes. Actualmente, los equipos compatibles con Wi-Fi son equipos construidos según el estándar IEEE 802.11a, b y g (también pueden utilizar el estándar IEEE 802.11i para proporcionar una conexión segura). Además, la presencia de un logo de Wi-Fi en el equipo significa que el equipo opera en la banda de 2,4 GHz o 5 GHz. En consecuencia, se debe entender por Wi-Fi la compatibilidad de equipos de distintos fabricantes destinados a la construcción de redes locales inalámbricas, teniendo en cuenta las limitaciones expuestas anteriormente.

La especificación IEEE 802.11 original, adoptada en 1997, establecía la transmisión de datos a 1 y 2 Mbps en el rango de frecuencia sin licencia de 2,4 GHz, así como un método de control de acceso al medio físico (canal de radio) que utiliza autenticación de acceso múltiple y de portadora. eliminación de colisiones (Carrier Sense Multiple Access with Collision Prevention, CSMA-CA). El método CSMA-CA es el siguiente. Para determinar el estado del canal (ocupado o libre), se utiliza un algoritmo para estimar el nivel de la señal en el canal, según el cual se miden la potencia de la señal en la entrada del receptor y la calidad de la señal. Si la potencia de las señales recibidas en la entrada del receptor está por debajo del valor umbral, entonces el canal se considera libre, pero si su potencia está por encima del valor umbral, entonces el canal se considera ocupado.

Desde la adopción de la especificación estándar IEEE 802.11, varios fabricantes han introducido sus equipos en el mercado. Sin embargo, el equipo IEEE 802.11 no se ha generalizado debido a que la especificación estándar no definía claramente las reglas para la interacción entre las capas de la pila de protocolos. Por ello, cada fabricante presentó su propia versión del estándar IEEE 802.11, que es incompatible con los demás.

Para corregir esta situación, en 1999, IEEE adoptó la primera adición a la especificación estándar IEEE 802.11, denominada IEEE 802.11b. El estándar IEEE 802.11b fue el primer estándar de red de área local inalámbrica que se generalizó. La velocidad máxima de transferencia de datos es de 11 Mbit/s. Los desarrolladores del estándar lograron alcanzar esta velocidad utilizando el método de codificación utilizando una secuencia de códigos adicionales (codificación de códigos complementarios). Para controlar el acceso al canal de radio, se utiliza el mismo método que en la especificación original del estándar IEEE 802.11: CSMA-CA. La velocidad máxima de datos anterior es, por supuesto, un valor teórico, ya que para acceder al canal de radio se utiliza el método CSMACA, lo que no garantiza la disponibilidad de un canal libre en ningún momento. Por lo tanto, en la práctica, cuando se transmiten datos a través del protocolo TCP/IP, el rendimiento máximo será de aproximadamente 5,9 Mbit/s, y cuando se utiliza el protocolo UDP, de aproximadamente 7,1 Mbit/s.

Si el entorno electromagnético se deteriora, el equipo reduce automáticamente la velocidad de transmisión inicialmente a 5,5 Mbit/s y luego a 2 Mbit/s, utilizando el método Adaptive Rate Selection (ARS). Reducir la velocidad permite el uso de métodos de codificación más simples y menos redundantes, lo que hace que las señales transmitidas sean menos susceptibles a la atenuación y distorsión debido a la interferencia. Gracias al método de selección de velocidad adaptativa, los equipos IEEE 802.11b pueden comunicarse en diferentes entornos electromagnéticos.

El siguiente estándar que se unirá a la familia IEEE 802.11 es IEEE 802.11a, una especificación adoptada por IEEE en 1999. Las principales diferencias entre la especificación estándar IEEE 802.11a y la especificación estándar IEEE 802.11 original son las siguientes:

• la transmisión de datos se realiza en el rango de frecuencia sin licencia de 5 GHz;
• se utiliza modulación de frecuencia ortogonal (OFDM);
• la velocidad máxima de transferencia de datos es de 54 Mbit/s (la velocidad real es de unos 20 Mbit/s).

Al igual que 802.11b, 802.11a implementa una técnica de selección de velocidad adaptativa (ARS) que reduce la velocidad de datos en el siguiente orden: 48, 36, 24, 18, 12, 9 y 6 Mbps. La información se transmite a través de uno de los 12 canales asignados en la banda de 5 GHz.

El uso de la banda de 5 GHz en el desarrollo de la especificación 802.11a se debe principalmente al hecho de que esta banda está menos congestionada que la banda de 2,4 GHz y, por lo tanto, las señales transmitidas en ella son menos susceptibles a las interferencias. Sin lugar a dudas, este hecho es una ventaja, pero al mismo tiempo el uso de la banda de 5 GHz conduce al hecho de que el funcionamiento confiable de los equipos IEEE 802.11a solo se garantiza en el campo visual. Por lo tanto, al construir una red inalámbrica, es necesario instalar más puntos de acceso, lo que, a su vez, afecta el costo de implementación de una red inalámbrica. Además, las señales transmitidas en la banda de 5 GHz son más susceptibles a la absorción (la potencia emitida por los equipos IEEE 802.11b y 802.11a es la misma).

Las primeras muestras de equipos IEEE 802.11a se introdujeron en el mercado en 2001. Cabe señalar que los equipos que sólo soportan el estándar IEEE 802.11a no han tenido una gran demanda en el mercado por varias razones. En primer lugar, en ese momento los equipos IEEE 802.11b ya habían demostrado su eficacia en el mercado, en segundo lugar, todos notaron las desventajas de utilizar la banda de 5 GHz y, en tercer lugar, los equipos IEEE 802.11a no eran compatibles con IEEE 802.11b. Sin embargo, posteriormente, para promover IEEE 802.11a, los fabricantes ofrecieron dispositivos que admiten ambos estándares, así como equipos que permiten la adaptación a redes integradas en equipos de los estándares IEEE 802.11b, 802.11a, 802.11g.

En 2003, se adoptó la especificación estándar IEEE 802.11g, que establece la transmisión de datos en la banda de 2,4 GHz a una velocidad de 54 Mbit/s (la velocidad real es de aproximadamente 24,7 Mbit/s). El control de acceso por radio utiliza el mismo método que la especificación IEEE 802.11 original: CSMACA, así como la modulación de frecuencia ortogonal (OFDM).

El equipo IEEE 802.11g es totalmente compatible con 802.11b; sin embargo, debido a la interferencia, en la mayoría de los casos la velocidad de transferencia de datos real de 802.11g es comparable a la velocidad proporcionada por el equipo 802.11b. Por lo tanto, la única solución correcta para los usuarios potenciales de redes de área local inalámbricas es comprar equipos que admitan tres estándares a la vez: 802.11a, b y g.

La mayoría de los desarrolladores asocian los equipos compatibles con Wi-Fi principalmente con la organización de puntos de acceso a Internet y con los equipos de los suscriptores. Cabe señalar que la industria de sistemas integrados no ha ignorado los estándares IEEE 802.11a, b y g. Ya existen ofertas en este segmento de mercado que permiten hacer compatible cualquier dispositivo con Wi-Fi. Estamos hablando de módulos OEM del estándar IEEE 802.11b, que incluyen: un transceptor, un procesador de procesamiento de aplicaciones y ejecución de software. Por lo tanto, estos módulos representan una solución completamente completa que puede reducir significativamente el tiempo y el costo de implementación de la compatibilidad Wi-Fi del producto en desarrollo. Básicamente, los módulos OEM del estándar IEEE 802.11b se integran en productos para la supervisión y el control remotos a través de Internet. Para conectar un módulo OEM del estándar IEEE 802.11b al producto, se utiliza una interfaz serie RS-232 y el módulo se controla mediante comandos AT. La distancia máxima entre un módulo OEM del estándar IEEE 802.11b y un punto de acceso cuando se utiliza una antena remota especial puede ser de hasta 500 m. En interiores, la distancia máxima no supera los 100 m, y en presencia de línea de visión aumenta. hasta 300 m Una desventaja importante de estos módulos OEM es su elevado coste.

En la Tabla 1 se muestran las principales características técnicas de los estándares IEEE 802.11a, b y g.

Tabla 1. Principales características técnicas de los estándares IEEE 802.11a, b y g

Tecnología de datos inalámbrica ZigBee

La tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee se introdujo en el mercado después de la llegada de las tecnologías de transmisión de datos inalámbrica BlueTooth y Wi-Fi. La aparición de la tecnología ZigBee se debe principalmente al hecho de que para algunas aplicaciones (por ejemplo, para el control remoto de iluminación o puertas de garaje, o para leer información de sensores), el criterio principal a la hora de elegir la tecnología de transmisión inalámbrica es el bajo consumo de energía del hardware. y su bajo costo. Esto da como resultado un rendimiento bajo, ya que en la mayoría de los casos los sensores funcionan con una batería incorporada, cuyo tiempo de funcionamiento debe exceder varios meses o incluso años. De lo contrario, la sustitución mensual de la batería del sensor de apertura/cierre de la puerta del garaje cambiará radicalmente la actitud del usuario hacia las tecnologías inalámbricas. Las tecnologías de transmisión de datos inalámbricas BlueTooth y Wi-Fi existentes en ese momento no cumplían con estos criterios, proporcionando transmisión de datos a altas velocidades, con altos niveles de consumo de energía y costos de hardware. En 2001, el Grupo de Trabajo No. 4 de IEEE 802.15 comenzó a trabajar en la creación de un nuevo estándar que cumpliría con los siguientes requisitos:

• consumo de energía muy bajo del hardware que implementa tecnología de transmisión de datos inalámbrica (la duración de la batería debe oscilar entre varios meses y varios años);
• la transferencia de información debe realizarse a baja velocidad;
• bajo costo de hardware.

El resultado fue el desarrollo del estándar IEEE 802.15.4. En muchas publicaciones, el estándar IEEE 802.15.4 se entiende como tecnología ZigBee, y viceversa, ZigBee es el estándar IEEE 802.15.4. Sin embargo, esto no es cierto. En la figura. La Figura 5 muestra un modelo de interacción entre el estándar IEEE 802.15.4, la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee y el usuario final.

Arroz. 5. Modelo de interacción entre el estándar IEEE 802.15.4, la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee y el usuario final

El estándar IEEE 802.15.4 define la interacción de solo las dos capas inferiores del modelo de interfuncionamiento: la capa física (PHY) y la capa de control de acceso de radio para tres bandas de frecuencia sin licencia: 2,4 GHz, 868 MHz y 915 MHz. La Tabla 2 muestra las principales características de los equipos que operan en estos rangos de frecuencia.

Tabla 2. Principales características del equipo

La capa MAC es responsable de controlar el acceso al canal de radio mediante el método Carrier Sense Multiple Access with Collision EVance (CSMA-CA), así como de gestionar la conexión y desconexión de la red de datos y garantizar la protección de la información transmitida mediante clave simétrica. (AES-128).

A su vez, la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee propuesta por ZigBee Alliance determina los niveles restantes del modelo de interacción, que incluyen el nivel de red, el nivel de seguridad, el nivel de estructura de la aplicación y el nivel del perfil de la aplicación. La capa de red, la tecnología de datos inalámbricos ZigBee, es responsable del descubrimiento de dispositivos y la configuración de la red y admite tres topologías de red que se muestran en la Fig. 6.

Arroz. 6. Tres opciones de topología de red

Para garantizar una integración de bajo costo de la tecnología inalámbrica ZigBee en diversas aplicaciones, la implementación de hardware físico del estándar IEEE 802.15.4 se presenta en dos formas: dispositivos de función reducida (RFD) y dispositivos completamente funcionales (FFD). Al implementar una de las topologías de red que se muestran en la Fig. 6, se requiere al menos un dispositivo FFD para actuar como coordinador de red. La Tabla 3 enumera las funciones realizadas por los dispositivos FFD y RFD.

Tabla 3. Lista de funciones realizadas por dispositivos FFD y RFD

El bajo costo del hardware de los dispositivos RFD se garantiza limitando el conjunto de funciones al organizar la interacción con un coordinador de red o un dispositivo FFD. Esto, a su vez, se refleja en la implementación incompleta del modelo de interacción mostrado en la Fig. 5, y también impone requisitos mínimos sobre los recursos de memoria.

Además de dividir los dispositivos en RFD y FFD, ZigBee Alliance define tres tipos de dispositivos lógicos: coordinador ZigBee (coordinador), enrutador ZigBee y dispositivo terminal ZigBee. El coordinador inicializa la red, administra los nodos y también almacena información sobre la configuración de cada nodo conectado a la red. Un enrutador ZigBee es responsable de enrutar los mensajes transmitidos a través de la red de un nodo a otro. Un punto final se refiere a cualquier dispositivo terminal conectado a una red. Los dispositivos RFD y FFD comentados anteriormente son precisamente los dispositivos finales. El tipo de dispositivo lógico al construir una red lo determina el usuario final seleccionando un perfil específico (Fig. 5) propuesto por la alianza ZigBee. Al construir una red con una topología de "todos para todos", la transmisión de mensajes de un nodo de la red a otro se puede realizar a lo largo de diferentes rutas, lo que permite construir redes distribuidas (combinando varias redes pequeñas en una grande, una árbol de clúster) con la instalación de un nodo de otro en una distancia suficientemente grande y garantizar una entrega confiable de mensajes.

El tráfico transmitido a través de la red ZigBee generalmente se divide en periódico, intermitente y repetitivo (caracterizado por un corto intervalo de tiempo entre el envío de mensajes de información).

El tráfico periódico es típico de aplicaciones que requieren recibir información de forma remota, como la de sensores o medidores inalámbricos. En tales aplicaciones, la obtención de información de sensores o medidores se realiza de la siguiente manera. Como se mencionó anteriormente, cualquier dispositivo final, que en este ejemplo es un sensor inalámbrico, debe estar en modo de "suspensión" durante la gran mayoría de su tiempo de funcionamiento, garantizando así un consumo de energía muy bajo. Para transmitir información, el dispositivo terminal en ciertos momentos se despierta del modo de "suspensión" y busca en la radio una señal especial (baliza) transmitida por el dispositivo de administración de red (coordinador ZigBee o enrutador ZigBee) al que está conectado el medidor inalámbrico. Si hay una señal especial (baliza) en la radio, el dispositivo terminal transmite información al dispositivo de administración de red e inmediatamente entra en modo de "suspensión" hasta la siguiente sesión de comunicación.

El tráfico intermitente es común, por ejemplo, con dispositivos de control remoto de iluminación. Imaginemos una situación en la que, cuando se activa un sensor de movimiento instalado en la puerta de entrada, es necesario transmitir una orden para encender la iluminación del pasillo. La transmisión de comandos en este caso se realiza de la siguiente manera. Cuando el dispositivo de administración de red recibe una señal del sensor de movimiento, indica al dispositivo final (interruptor inalámbrico) que se conecte a la red inalámbrica ZigBee. Luego se establece una conexión con el dispositivo terminal (interruptor inalámbrico) y se transmite un mensaje de información que contiene un comando para encender la iluminación. Después de recibir el comando, la conexión finaliza y el conmutador inalámbrico se desconecta de la red ZigBee.

Conectar y desconectar un dispositivo final a la red ZigBee solo en los momentos necesarios le permite aumentar significativamente el tiempo que el dispositivo final permanece en modo "suspensión", garantizando así un consumo mínimo de energía. El método de utilizar una señal especial (baliza) consume mucha más energía.

En algunas aplicaciones, como los sistemas de seguridad, la transmisión de información sobre la activación del sensor debe realizarse casi instantáneamente y sin demora. Pero hay que tener en cuenta el hecho de que en un determinado momento varios sensores pueden "funcionar" a la vez, generando el llamado tráfico repetido en la red. La probabilidad de que ocurra este evento es baja, pero es inaceptable no tenerlo en cuenta en los sistemas de seguridad. En la red inalámbrica ZigBee, para los mensajes transmitidos a la red inalámbrica cuando se activan varios sensores de seguridad (dispositivos finales) a la vez, la transmisión de datos desde cada sensor se realiza en un intervalo de tiempo especialmente asignado. En la tecnología ZigBee, un intervalo de tiempo especialmente asignado se denomina intervalo de tiempo garantizado (GTS). La presencia en la tecnología ZigBee de la capacidad de proporcionar un intervalo de tiempo garantizado para la transmisión de mensajes urgentes nos permite hablar de la implementación del método QoS (calidad de servicio) en ZigBee. La asignación de un horario garantizado para la transmisión de mensajes urgentes la realiza el coordinador de la red (Fig. 6, Coordinador PAN).

Al desarrollar hardware para la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee que implementa el modelo de interacción, casi todos los fabricantes se adhieren al concepto según el cual todo el hardware está ubicado en un solo chip. En la figura. La Figura 7 muestra el concepto de implementación de hardware de la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee.

Arroz. 7. Concepto de implementación de hardware de la tecnología de transmisión de datos inalámbrica ZigBee.

Para construir una red inalámbrica (por ejemplo, una red con topología en estrella) basada en la tecnología ZigBee, el desarrollador debe comprar al menos un coordinador de red y la cantidad requerida de dispositivos finales. Al planificar una red, se debe tener en cuenta que el número máximo de dispositivos finales activos conectados al coordinador de red no debe exceder los 240. Además, es necesario adquirir herramientas de software para desarrollar, configurar la red y crear aplicaciones de usuario y Perfiles del fabricante de chips ZigBee. Casi todos los fabricantes de chips ZigBee ofrecen en el mercado una línea completa de productos que, por regla general, se diferencian únicamente en la cantidad de memoria ROM y RAM. Por ejemplo, un chip con 128 KB de ROM y 8 KB de RAM se puede programar para que actúe como coordinador, enrutador y dispositivo final.

El alto coste del kit de depuración, que incluye un conjunto de software y hardware para construir redes inalámbricas ZigBee de cualquier complejidad, es uno de los factores que limitan la distribución masiva de la tecnología ZigBee en el mercado ruso. Cabe señalar que la aparición de la tecnología de transmisión inalámbrica ZigBee se ha convertido en una respuesta definitiva a las necesidades del mercado de creación de sistemas de control inteligentes para viviendas y edificios privados, cuya demanda aumenta cada año. En un futuro próximo, los hogares y edificios privados estarán equipados con una gran cantidad de nodos de redes inalámbricas que monitorean y controlan los sistemas de soporte vital del hogar. La instalación de estos sistemas se puede realizar en cualquier momento y en poco tiempo, ya que no requieren cableado en el edificio.

Enumeramos las aplicaciones en las que se puede integrar la tecnología ZigBee:

• Sistemas de automatización de soporte vital para viviendas y edificios (control remoto de tomas de red, interruptores, reóstatos, etc.).
• Sistemas de control de electrónica de consumo.
• Sistemas de toma automática de lecturas de varios contadores (gas, agua, electricidad, etc.).
• Sistemas de seguridad (sensores de humo, sensores de acceso y seguridad, sensores de fugas de gas y agua, sensores de movimiento, etc.).
• Sistemas de monitorización ambiental (sensores de temperatura, presión, humedad, vibraciones, etc.).
• Sistemas de automatización industrial.

Conclusión

La breve descripción general de las tecnologías de transmisión inalámbrica de datos BlueTooth, Wi-Fi y ZigBee que se ofrece en el artículo muestra que incluso para desarrolladores experimentados puede resultar difícil dar preferencia claramente a una u otra tecnología basándose únicamente en la documentación técnica.

Por lo tanto, el enfoque de selección debe basarse en un análisis exhaustivo de varios parámetros. Las características comparativas de las tecnologías BlueTooth, Wi-Fi y ZigBee se muestran en la Tabla 4. Esta información le ayudará a tomar la decisión correcta al elegir una tecnología de transmisión de datos inalámbrica.

Tabla 4. Características comparativas de las tecnologías BlueTooth, Wi-Fi y ZigBee

Literatura

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La ciencia moderna está experimentando un auge en su desarrollo. Actualmente, la tecnología informática ha comenzado a desempeñar un papel importante. Esto se debe, en primer lugar, a la aparición en la vida de las personas de tabletas, teléfonos inteligentes, portátiles y ordenadores, cuyo funcionamiento normal requiere acceso a Internet.

En la agricultura, la industria y, por supuesto, en el ámbito militar, existe la necesidad de sistemas de control fiables y su unificación en una red global especial. Estas tendencias se están produciendo en todo el mundo y están impulsando el desarrollo de tecnologías inalámbricas. Este artículo proporciona una lista de los principales tipos de tecnologías inalámbricas, así como una descripción de cada tipo.

Todas las tecnologías inalámbricas se pueden dividir en los siguientes tipos principales según la cantidad de objetos:

• tecnologías inalámbricas personales;
• redes inalámbricas;
• redes inalámbricas locales;
• Redes inalámbricas globales.

Tecnologías inalámbricas personales (redes)

Este tipo incluye tecnologías como:

Bluetooth es una tecnología de radio de corto alcance. Normalmente esta distancia es de unos 300 metros. Este tipo de comunicación se basa en el algoritmo FHSS.

IrDA es un puerto de infrarrojos que describe los protocolos de las capas lógica y física. Esta tecnología se conoce comúnmente como infrarroja. Esta tecnología ha sido sustituida por las tecnologías Wi-Fi y Bluetooth que conocemos. Los puertos de infrarrojos, como Bluetooth, son tecnologías de corto alcance. Una de las características del puerto de infrarrojos es que los datos se transmiten sólo cuando el receptor es completamente visible.

La tecnología USB es una tecnología inalámbrica con un alcance de casi 9-10 metros. Ésta es, con diferencia, la gama más amplia utilizada por los dispositivos de comunicaciones comerciales. El USB inalámbrico es un tipo de tecnología USB inalámbrica diseñada para reemplazar el USB con cable. La función principal de esta tecnología es garantizar un intercambio rápido en distancias cortas y asegurar el proceso de interacción entre las PC y los dispositivos periféricos.

Wireless HD es una tecnología inalámbrica cuya función principal es la transmisión de vídeos en calidad HD. WiGig es una tecnología inalámbrica de banda ancha que opera en el rango de frecuencia de 60 GHz y proporciona transmisión de datos de hasta 7 a 8 Gbit por segundo, a aproximadamente una distancia de 9 a 10 metros. LibertyLink es una tecnología de red inalámbrica que utiliza inducción magnética para transmitir datos.

Redes inalámbricas RuBee es una red inalámbrica local, que es una red para sensores. Para transmitir datos, la red utiliza ondas magnéticas. La red se utiliza para fines inusuales que no requieren alta velocidad, pero sí un funcionamiento prolongado y una buena comunicación segura.

Estas redes se utilizan para operar instalaciones de alto riesgo. Wavenis es una red inalámbrica que utiliza frecuencias de 433, 868 y 915 MHz y proporciona transmisión de datos a una distancia de casi 1000 m en un área abierta y hasta 200 metros en un edificio a velocidades de hasta 100 Kbps.

Esta tecnología se utiliza para organizar una red personal o una red de sensores. One-Net es un protocolo para crear redes de sensores inalámbricos, así como redes para la automatización de edificios y objetos.

Los datos se transmiten a una distancia de hasta 100 m, en espacios abiertos, a una velocidad de transmisión de datos de aproximadamente 28 – 230 Kbps. DASH7 es un estándar para organizar redes de sensores inalámbricos. Una red de sensores es una red de dispositivos informáticos que están equipados con sensores táctiles especiales. La distancia de propagación depende directamente de la intensidad de la señal que se transmite.

Las redes Wi-Fi inalámbricas locales son una familia de estándares IEEE. Se utiliza para transmitir datos en el rango de 2 a 5 GHz y proporcionar velocidades de transmisión de 1 Mbit por segundo, a una distancia de hasta 150 metros. Wi-Fi se utiliza para organizar redes locales y para conectarse a Internet global. Wi-Fi es la tecnología más popular para organizar redes domésticas y de oficina y el acceso a Internet. HiperLAN es un estándar de redes inalámbricas. Hay dos familias de estándares: HiperLAN1 e HiperLAN2. Este estándar se utiliza para transmitir datos a una distancia de hasta 50 metros y velocidades de transmisión de hasta 10 Mbit por segundo.

Redes inalámbricas globales

Estas redes incluyen: - comunicaciones móviles de generación 1G; — comunicaciones móviles de generación 2G; — comunicaciones móviles de generación 2,5G; — comunicaciones móviles de generación 3G; — comunicaciones móviles de generación 3,5 G; — comunicaciones móviles de generación 4G;

Este artículo proporciona la clasificación principal de las tecnologías inalámbricas. Esta no es una lista de todas las tecnologías inalámbricas, sino sólo de una pequeña parte de ellas. Las tecnologías inalámbricas aparecen a medida que se desarrollan la ciencia y la tecnología, por lo que su número es enorme.

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La transmisión de datos inalámbrica está experimentando actualmente un auge. Si con el intercambio de voz todo está bastante claro, todo el mundo lo necesita, en todas partes y siempre, en el campo de la transmisión inalámbrica de datos la situación no es tan clara. Los mayores desarrolladores de tecnología y fabricantes de componentes intentan fervientemente determinar las tendencias de desarrollo del mercado, es decir, los intereses de los consumidores. Las tecnologías y la producción de componentes relacionados surgen y desaparecen silenciosamente. Hay muchas más preguntas que respuestas.

Las redes de datos se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Redes locales autónomas (los flujos de datos están confinados geográficamente dentro de una empresa, oficina, casa, apartamento).
2. Redes locales con acceso a la red de transporte (primaria) (algunos consumidores tienen acceso más allá de la red local, por ejemplo, a Internet).
3. Redes de acceso directo de los consumidores a la red de transporte.

Una clasificación tan simplificada es suficiente en este caso (ver Fig. 1).

Las redes de telecomunicaciones modernas se construyen y optimizan según una jerarquía de dos niveles: redes troncales de transporte y redes de acceso, que es mucho más económica y conveniente para construir sistemas abiertos y brindar servicios integrados. A la hora de construir una red, hasta el 90% del coste total recae en su enlace inferior, es decir, en la red local, o red de acceso. Para resolver el problema de la “última milla”, hoy se han propuesto varias tecnologías. La "última milla" es parte de una red pública de telecomunicaciones ubicada entre el punto de distribución de recursos de la red primaria y el equipo del abonado. Además de las tecnologías cableadas tradicionales, para la distribución de información se utilizan sistemas inalámbricos de acceso a suscriptores y varias otras tecnologías. La gama de servicios de telecomunicaciones que se prestan actualmente a los usuarios finales es bastante amplia: transferencia de datos, acceso a Internet, telefonía, vídeo interactivo, comunicación con objetos móviles. Cada uno de los servicios se puede subdividir aún más según el nivel de rendimiento y calidad ofrecidos.

La estructura típica de un sistema de acceso a abonados, por regla general, incluye una red de acceso y una red de distribución.

• El terminal de abonado (AT) es un dispositivo de radio transmisor y receptor de pequeño tamaño con una antena interna o externa. El equipo terminal de usuario está conectado directamente al terminal de abonado y tiene acceso a la red de comunicación a través de un canal de radio;
• punto de acceso (AP): un dispositivo que proporciona comunicación entre suscriptores de la red de acceso y una red de acceso (primaria) de telecomunicaciones;
• punto de distribución (DP): un elemento de la red primaria que garantiza la organización de una red de distribución con puntos de acceso.

El término "red de distribución" se refiere a la parte de la red entre el punto de acceso y el punto de distribución. Puede que no exista una red de distribución si la red de acceso comienza directamente desde el punto de distribución del recurso de la red de transporte. El punto de acceso debe garantizar la implementación de protocolos de red de acceso al interactuar con terminales de abonado, protocolos de red pública cuando trabaja con un nodo de conmutación, así como la conversión mutua de estos protocolos y el control del flujo de datos en el sistema de acceso de abonado. En la práctica, estas funciones las realizan enrutadores (en redes de datos), concentradores y estaciones base (en redes celulares y sistemas inalámbricos de acceso de suscriptores) y algunos otros dispositivos. Tanto para la red de acceso como para la red de distribución se pueden utilizar diferentes tecnologías; También se pueden implementar redes híbridas. Es posible una variedad de configuraciones de red, dependiendo del ancho de banda requerido, el costo de la red planificada, la topología, las restricciones impuestas por diversas organizaciones reguladoras, etc.

La clasificación de los sistemas de acceso inalámbrico de abonados (WLL (Wireless Local Loop) o RLL (Radio Local Loop)) también se puede realizar según una serie de parámetros: estructura, rango de frecuencia utilizado, contenido del tráfico, etc.

En la actualidad, no existe una clasificación generalmente aceptada de los sistemas WLL, pero es posible cierta sistematización según las características principales (ver Tabla 1).

Tabla 1. Sistematización de las características del WLL

El objetivo principal de los sistemas punto a punto en la infraestructura de última milla es conectar pequeños sistemas de comunicación concentrados (red de área local, centralita privada, etc.) a redes corporativas, redes públicas de comunicación o nodos de telecomunicaciones. Los sistemas celulares y los sistemas punto a multipunto se utilizan en los casos en que es necesario conectar grupos dispares de suscriptores a un nodo del sistema de comunicación. Existe una gran variedad de sistemas WLL de estos dos tipos, lo que nos obliga a clasificar los sistemas con estructura celular y estructura punto a multipunto según la naturaleza de su tráfico. Se pueden distinguir tres clases principales de tales sistemas:

• sistemas de acceso de abonados a redes de datos;
• sistemas para conectar abonados a la red telefónica pública;
• sistemas de tipo integral.

A su vez, los sistemas de acceso de abonados a redes de datos se pueden dividir en las siguientes subclases:

a) sistemas enfocados a atender a suscriptores con baja intensidad individual de transacciones cortas (sistemas de seguimiento para diversos fines, sistemas de pago sin efectivo, etc.);
b) sistemas enfocados a brindar acceso a los recursos de información de la red (Internet, servicios RDSI, acceso remoto a redes informáticas locales, etc.).

Los sistemas de radio para conectar abonados a la red telefónica pública (PF-OP) también se denominan a veces "extensores de radio telefónicos". A menudo, los "extensores telefónicos" inalámbricos también brindan servicios de datos y fax.

Los sistemas de tipo integral combinan sistemas de los dos primeros tipos y son más universales. Además de proporcionar comunicaciones telefónicas, los sistemas integrados pueden servir a los suscriptores que transmiten datos e información de video. Además, los suscriptores que transmiten datos pueden operar en una amplia gama de velocidades de transmisión, desde 1200 bps hasta decenas e incluso cientos de kilobits por segundo. Una tarea integral de tales sistemas es también proporcionar a los suscriptores acceso a redes digitales de servicios integrados (RDSI).

Si estamos dentro del marco del catecismo, consideraremos constantemente las preguntas que surgen en la vida real relacionadas con la transmisión inalámbrica de datos y luego les daremos respuestas. Una consideración bastante completa de este problema requeriría una investigación especial, por lo que nos limitaremos a un análisis (aparentemente incompleto) de materiales de revistas técnicas más que científicas extranjeras (principalmente estadounidenses y europeas), así como de revistas nacionales de orientación correspondiente. que muy acertadamente se señalan como novedades, además de tendencias. La Internet en lengua extranjera con direcciones conocidas no será olvidada, aunque tiene una serie de características específicas.

Sin entrar en detalles, cabe señalar que la transmisión de datos, como uno de los tipos de comunicación, tiene los más altos requisitos en cuanto a la fiabilidad de la información transmitida. Las transferencias de archivos, por ejemplo, normalmente no toleran ningún error.

La respuesta a la primera pregunta "¿quién necesita la transmisión inalámbrica de datos?" simple - para todos en un grado u otro. Una de las ventajas de Hollywood (además de los efectos especiales) es el hecho indiscutible de que moldea la opinión pública y, desde el punto de vista de la tecnología de la información, en la dirección correcta. Una “casa inteligente” requiere un monitoreo continuo de todos los sistemas de soporte vital, un automóvil requiere lo mismo, y así sucesivamente. Este no es el futuro, sino la realidad.

Por lo general, el conflicto entre el consumidor y el fabricante era más o menos así: necesito esto, pero por otro lado sonaba como: "Puedo hacer esto". Ahora el panorama se ve exactamente al revés (a excepción de las eternas limitaciones tecnológicas naturales y temporales). El movimiento por parte del consumidor es evidente: más y más barato. ¿Pero qué se necesita? Aquí hay dos opciones: trabajo y vida. Además, ambas opciones no son ajenas entre sí. Entonces la siguiente pregunta es ¿qué se necesita para hacer el trabajo? La respuesta es que se necesita todo. Donde hay un sistema, hay personas. Veamos qué nos pueden ofrecer las tecnologías y componentes existentes. Como orientación utilizamos la Fig. 2, que muestra el posicionamiento aproximado de varias tecnologías de transmisión inalámbrica de datos en las coordenadas "rango de comunicación - velocidad de transmisión".

La parte superior de la figura muestra aplicaciones típicas de estas tecnologías. Aquí, junto con el aumento de la velocidad de transmisión requerida, se incluyen: transmisión de voz, imágenes gráficas fijas, acceso a Internet de baja velocidad, transmisión inalámbrica de música, transmisión de vídeo, transmisión de vídeo digital, transmisión de vídeo multicanal. El rango de comunicación varía desde unos pocos metros hasta unos pocos kilómetros, la velocidad de transmisión de datos varía desde decenas de kilobits por segundo hasta decenas de megabits por segundo.

Las opciones de tecnología Bluetooth 1 y Bluetooth 2 difieren en la clase de potencia (consulte el párrafo correspondiente para más detalles). La abreviatura HL2 significa tecnología HiperLAN2, desarrollada por ETSI (The European Telecommunications Stahdarts Institute - Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones). Las propiedades de consumo de las tecnologías HL2 e IEEE802.11a son similares. La figura no muestra la tecnología HomeRF, que en su primera versión con una velocidad de transmisión de 1,6 Mbit/s se acerca a Bluetooth, y en la versión HomeRF 2.0 con una velocidad de transmisión de 10 Mbit/s compite con IEEE802.11b. A la derecha de la figura se encuentran las tecnologías de abreviaturas de red correspondientes en las que se pueden utilizar las tecnologías en cuestión. Estos son: PAN (un concepto relativamente nuevo: red de área personal), LAN (redes de área local) y WAN (distribuida). LMDS (Servicio de distribución local multipunto) significa red de distribución de datos (ahora utilizada en sistemas de televisión celular). MMDS (Servicio de distribución multicanal multipunto), un sistema de distribución de datos multicanal, también se puede colocar en esta posición.

La figura muestra claramente la distribución de tecnologías en varios nichos de consumidores y la presencia de tecnologías competidoras, que suelen ser de origen estadounidense y europeo. Las tecnologías colocadas una al lado de la otra también pueden ser parcialmente intercambiables, lo que significa que se complementan entre sí en lugar de competir.

Rangos de frecuencia utilizados y su regulación.

En la Fig. 2 no hay información sobre los recursos de frecuencia utilizados. En términos generales, para la transmisión de datos se pueden utilizar tanto rangos de frecuencia que requieren permiso gubernamental (y con ello derechos de licencia) como intervalos de frecuencia sin licencia cuyo uso es relativamente gratuito. Normalmente se trata de un límite de la densidad admisible del campo electromagnético de campo lejano, que está determinada por la potencia del transmisor y los parámetros de directividad de las antenas. Hoy en día es típico el uso generalizado de rangos de frecuencia sin licencia. Potencialmente, esto conducirá inevitablemente (y conduce) a la aparición de problemas de EMC (compatibilidad electromagnética) tanto dentro como entre sistemas.

Este tipo de recurso de frecuencia incluye ISM (equipo industrial, científico y médico), un rango de frecuencia destinado a su uso en equipos sin licencia (industrial, científico, médico, doméstico o similar), con excepción de aplicaciones de comunicaciones. El equipo debe generar y utilizar energía de RF localmente. En EE.UU., este rango incluye varios intervalos: 915,0 ± 13 MHz; 2450 ±50MHz; 5,8 ± 0,075 GHz; 24,125 ± 0,125 GHz. La versión europea tiene algunas diferencias.

Hoy en día, el rango de frecuencia de 2450 MHz se utiliza ampliamente para organizar sistemas de transmisión de datos en distancias cortas (por ejemplo, redes inalámbricas de área local WLAN). En Rusia, se permite el uso del intervalo 2400-2483,5 MHz con carácter secundario (uso secundario significa la imposibilidad de uso en caso de interferencia con sistemas que utilizan este rango con carácter primario). Actualmente, de conformidad con la decisión del SCRF de 29 de abril de 2002 (protocolo No. 18/3) "Sobre el procedimiento para utilizar sistemas de transmisión de datos dentro de oficinas en la banda de frecuencia 2400-2483,5 MHz en el territorio de la Federación de Rusia ”, las personas jurídicas y las personas físicas pueden utilizar la banda de frecuencia para la organización en el territorio de la Federación de Rusia de sistemas inalámbricos de transmisión de datos dentro de oficinas con carácter secundario y siempre que no se presenten reclamaciones por posibles interferencias de dispositivos electrónicos militares y civiles. , así como de instalaciones de alta frecuencia para uso industrial, científico, médico y doméstico que utilicen la banda de frecuencia especificada. Debe tenerse en cuenta que estos sistemas no requieren aprobaciones de las autoridades de radiofrecuencia del Ministerio de Defensa de la Federación de Rusia y otros (si es necesario) ministerios y departamentos de Rusia. Para obtener permiso para utilizar radiofrecuencias para la operación de sistemas de transmisión de datos dentro de la oficina, el solicitante envía a la Empresa Unitaria del Estado Federal "Centro Principal de Radiofrecuencia" una solicitud de radiofrecuencia en el formulario especificado en el Apéndice 1 de la decisión del SCRF de 29 de abril de 2002 (acta No. 18//3). Si no hay comentarios sobre la solicitud, el "Centro principal de radiofrecuencia" de FSUE prepara borradores de permisos. Después del pago por el examen de la solicitud, el solicitante recibe un permiso para utilizar la banda de frecuencia 2400–2483,5 MHz para la operación de sistemas de distribución electrónica de sistemas dentro de la oficina. Sobre la base de este documento, el solicitante recibe permiso para operar el sistema de distribución de radio de la Empresa Unitaria del Estado Federal correspondiente del Centro de Radiofrecuencia del Distrito Federal.

El slot de 5,8 GHz coincide con las frecuencias asignadas para sistemas U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure), lo que permite un rápido despliegue de sistemas a costes muy inferiores que en el caso de bandas que requieren licencia. En enero de 1997, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. asignó tres bandas de frecuencia por un total de 300 MHz en la banda de 5 GHz para los servicios U-NII: Banda 1 U-NII (5,15–5,25 GHz) y Banda 2 U-NII (5,25– 5,35 GHz), destinada a redes de área local y otras aplicaciones de comunicaciones de corto alcance, y la banda U-NII 3 (5,725–5,825 GHz) para redes que requieren un alcance más largo. En Rusia, se pueden utilizar frecuencias en el rango de 5,725 a 5,875 GHz siempre que el nivel de interferencia de radio procedente de fuentes de radiación no exceda el nivel permisible de interferencia de radio industrial.

Además, la FCC anunció la necesidad de cambiar la metodología para asignar rangos de frecuencia. La idea principal es distribuir el espectro de forma dinámica, ya que algunos intervalos de frecuencia se utilizan de forma muy intensiva, mientras que otros están prácticamente libres. También se espera que en la concesión de licencias se tengan en cuenta no sólo las frecuencias en sí, sino también el tiempo de ocupación y la potencia de radiación. También se recomienda trabajar en la cuestión de un análisis de interferencias más eficaz y establecer el nivel máximo de potencia de transmisión en función de los rangos de frecuencia y los niveles de ruido. Finalmente, se propone introducir tres tipos de licencias de recursos de frecuencias: uso exclusivo, uso general y uso controlado. En nuestra opinión, este enfoque es bastante adecuado a nuestros tiempos.

Breves características de las tecnologías.

Demos una breve descripción de las tecnologías de transmisión inalámbrica de datos y luego realicemos un análisis comparativo de ellas. Tradicionalmente, en esta área de las telecomunicaciones (y no solo aquí) compiten los estándares americanos IEEE, los estándares europeos ETSI y los estándares propietarios.

La tecnología ZigBee es promovida por ZigBee Alliance, cuyo objetivo es proporcionar a las capas superiores del modelo de siete capas una pila de protocolos (desde la capa de red hasta la capa de aplicación), incluidos los perfiles de aplicación y la implementación de ingeniería de los componentes de esta tecnología. El comité IEEE 802.15.4, que está desarrollando las capas MAC (control de acceso a medios) y PHY (capa de señalización física) de un modelo de siete capas, se ha sumado al desarrollo del correspondiente estándar de transferencia de datos a baja velocidad. Es la primera capa física (PHY) que determina principalmente el costo del sistema, las tasas de transferencia de datos, el consumo de energía, las dimensiones y el rango de frecuencias utilizadas.

El objetivo de esta tecnología es proporcionar componentes para sistemas de automatización y control remoto para diversos fines. Al mismo tiempo, se fijó como objetivo que los AT les proporcionaran energía de batería autónoma a partir de dos elementos tipo AA por un período de tiempo de seis meses a dos años. Opciones para usar dispositivos construidos sobre la base de esta tecnología: sistemas inalámbricos para garantizar la seguridad del hogar contra la entrada no autorizada a ellos; control remoto de aparatos de aire acondicionado, sistemas de iluminación de habitaciones y persianas; control de cualquier dispositivo por parte de personas discapacitadas, personas mayores y niños; control universal de dispositivos de audio y video; teclado inalámbrico, ratón de PC, panel de control de consola de juegos; detectores inalámbricos de humo y CO; Automatización y control de elementos de locales industriales y residenciales (iluminación, etc.).

Está previsto desarrollar pasarelas para la interacción de estos sistemas con otras redes de datos.

Frecuencias utilizadas: ISM (2,4 GHz a 250 kbps), banda europea 868 MHz (20 kbps) y banda estadounidense 915 MHz (40 kbps).

La tecnología Bluetooth es una tecnología para transmitir datos por radio a distancias cortas (hasta 10 m, ampliable a 100 m), permitiendo la comunicación entre teléfonos inalámbricos, ordenadores y diversos periféricos sin necesidad de línea de visión. Según la potencia del transmisor de radio, el equipo se divide en tres clases: primera (potencia máxima de salida 100 mW), segunda (2,5 mW) y tercera (1 mW).

El desarrollo de la tecnología fue iniciado por Ericsson Mobile Communications. Su objetivo inicial era obtener una nueva interfaz radioeléctrica de bajo consumo y bajo coste, que permitiera la comunicación entre teléfonos móviles y auriculares. Además, la nueva interfaz estaba destinada a la transferencia de datos entre PC, entre una PC y sus periféricos, entre una computadora portátil y un teléfono celular, etc.

En febrero de 1998. Ericsson, junto con Intel, IBM, Toshiba y Nokia, han formado un grupo especial para desarrollar y promover la tecnología denominada Bluetooth SIG (Special Interest Group). Esta tecnología es completamente abierta, por lo que cualquier empresa que haya firmado un acuerdo de licencia puede formar parte del Bluetooth SIG y comenzar a crear productos basados ​​en ella.

La familia de estándares IEEE 802.11x está siendo desarrollada por el Instituto Americano IEEE. IEEE 802.11, completado en 1997, es el estándar fundamental que define los protocolos necesarios para las redes de área local inalámbricas (WLAN). Los principales son el protocolo de control de acceso al medio MAC (subcapa inferior de la capa de enlace de datos) y el protocolo PHY para transmitir señales en el medio físico. Como último, se permite el uso de ondas de radio y radiación infrarroja. El estándar 802.11 define una única subcapa MAC que interactúa con tres tipos de protocolos de capa física correspondientes a diferentes tecnologías de señalización: canales de radio de más de 2,4 GHz con espectro ensanchado directo de banda ancha (DSSS) y modulación FHSS, además de utilizar radiación infrarroja. Las especificaciones estándar proporcionan dos velocidades de transferencia de datos: 1 y 2 Mbit/s. En comparación con las LAN cableadas, las capacidades Ethernet de la subcapa MAC se amplían para incluir una serie de funciones que normalmente realizan protocolos de nivel superior, en particular, fragmentación de paquetes y procedimientos de retransmisión. Esto está impulsado por el deseo de aumentar el rendimiento efectivo del sistema reduciendo la sobrecarga de la retransmisión de paquetes.

El estándar 802.11 define el mecanismo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Prevention) como principal método de acceso al medio.

Gestión de energía. Para ahorrar recursos energéticos en las estaciones de trabajo móviles utilizadas en redes LAN inalámbricas, el estándar 802.11 proporciona un mecanismo para cambiar las estaciones al llamado modo pasivo con un consumo mínimo de energía.

Arquitectura y componentes de red.. El estándar 802.11 se basa en una arquitectura celular y la red puede constar de una o varias células. Cada celda está controlada por una estación base, que es un AP, que, junto con las estaciones de trabajo de los usuarios dentro de su alcance, forma el área de servicio base. Los puntos de acceso en una red multicelular se comunican entre sí a través de un sistema de distribución, que es el equivalente a un segmento troncal de LAN por cable. Toda la infraestructura, incluidos los puntos de acceso y el sistema de distribución, forma un área de servicio ampliada. El estándar también prevé una versión unicelular de una red inalámbrica, que se puede implementar sin un punto de acceso, mientras que algunas de sus funciones se realizan directamente desde las estaciones de trabajo.

Itinerancia Para garantizar la transición de las estaciones de trabajo móviles desde el área de cobertura de un punto de acceso a otro, los sistemas multicelulares proporcionan procedimientos especiales de escaneo (escucha activa y pasiva de las ondas de radio) y asociación (Asociación), sin embargo, el estándar 802.11 no proporciona estricto especificaciones para la implementación del roaming.

Garantizar la seguridad. Para proteger la WLAN, el estándar IEEE 802.11 proporciona una amplia gama de medidas de seguridad en la transmisión de datos bajo el nombre general de Privacidad Equivalente a Cableado (WEP). Incluye medios para impedir el acceso no autorizado a la red (mecanismos y procedimientos de autenticación), así como impedir la interceptación de información (cifrado).

Hoy en día, el estándar más utilizado es IEEE 802.11b. Debido a su alta velocidad de transferencia de datos (hasta 11 Mbit/s), casi equivalente al rendimiento de las LAN Ethernet cableadas convencionales, así como a su enfoque en la banda de 2,4 GHz, este estándar ha ganado la mayor popularidad entre los fabricantes de equipos para redes inalámbricas. La versión final del estándar 802.11b, también conocido como Wi-Fi (Wireless Fidelity), fue adoptada en 1999. Utiliza DSSS con secuencias Walsh de 8 bits como tecnología de radio subyacente. Debido a 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. Al igual que con el estándar 802.11 básico, las especificaciones 802.11b no definen mecanismos claros de itinerancia. Un desarrollo posterior de la familia IEEE 802.11x fue el estándar IEEE 802.11a, que proporciona velocidades de transferencia de datos de hasta 54 Mbit/s (la edición del estándar, aprobada en 1999, definió tres velocidades obligatorias: 6, 12 y 24 Mbit/s y cinco opcionales: 9, 18, 36, 48 y 54 Mbit/s). 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. La diferencia más significativa entre este método y las tecnologías de radio DSSS y FHSS es que OFDM implica la transmisión paralela de la señal deseada simultáneamente en varias frecuencias del rango, mientras que las tecnologías de espectro ensanchado transmiten señales de forma secuencial. Como resultado, aumentan la capacidad del canal y la calidad de la 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 (los equipos para 2,4 GHz pueden funcionar a una distancia de hasta 300 m, y para 5 GHz, aproximadamente 100 m).

Para completar nuestra consideración de las capacidades de la familia IEEE802.11x, presentaremos una breve descripción de otros estándares y sus especificaciones. En un esfuerzo por ampliar la distribución geográfica de las redes 802.11, IEEE está desarrollando requisitos universales para la capa física 802.11 (procedimientos de formación de canales, secuencias de frecuencia pseudoaleatorias, etc.). El estándar 802.11d correspondiente todavía está en desarrollo. Las especificaciones de otro estándar en desarrollo, 802.11e, permiten crear LAN inalámbricas multiservicio dirigidas a diversas categorías de usuarios, tanto corporativos como individuales. Si bien mantiene la compatibilidad total con los estándares 802.11a y 802.11b ya adoptados, ampliará su funcionalidad al admitir la transmisión de datos multimedia y una calidad de servicio (QoS) garantizada. Las especificaciones 802.11f describen un protocolo para intercambiar información de servicio entre puntos de acceso (Protocolo entre puntos de acceso, IAPP), que es necesario para construir redes de datos inalámbricas distribuidas. El Grupo de Trabajo IEEE 802.11h está considerando ampliar las especificaciones 802.11 MAC y 802.11a PHY existentes con algoritmos eficientes de selección de frecuencia para redes inalámbricas de oficina y exteriores, así como gestión del espectro, monitoreo de potencia radiada e informes. Se espera que la solución a estos problemas se base en el uso de los protocolos de Selección Dinámica de Frecuencia (DFS) y Control de Potencia de Transmisión (TPC) propuestos por ETSI. Estos protocolos permiten a los clientes inalámbricos responder dinámicamente a la interferencia de la señal de radio cambiando a otro canal, reduciendo la energía o ambas cosas.

Las especificaciones del estándar IEEE 802.11i ampliarán las capacidades del protocolo MAC 802.11 al proporcionar medios para cifrar los datos transmitidos, así como autenticación centralizada de usuarios y estaciones de trabajo. Como resultado, la escala de las redes locales inalámbricas se puede aumentar a cientos y miles de estaciones de trabajo. El estándar se basa en el Protocolo de autenticación extensible (EAP), que se basa en PPP. El procedimiento de autenticación en sí implica la participación de tres partes: la persona que llama (cliente), el destinatario (punto de acceso) y el servidor de autenticación (generalmente un servidor RADIUS). Al mismo tiempo, el nuevo estándar aparentemente dejará la implementación de algoritmos de gestión de claves a discreción de los fabricantes. Las herramientas de protección de datos que se están desarrollando deberían encontrar aplicación no sólo en las redes inalámbricas, sino también en otras redes locales: Ethernet y Token Ring. Por lo tanto, el futuro estándar recibió el número IEEE 802.1X, y el grupo 802.11i lo está desarrollando junto con el comité IEEE 802.1.

La especificación 802.11g, actualmente bajo revisión, es una evolución del estándar 802.11b y permitirá que las velocidades de datos de las LAN inalámbricas aumenten a 22 Mbps (y posiblemente más) mediante el uso de una modulación de señal más eficiente. De varias propuestas de tecnología de radio central para este estándar, un grupo de trabajo de IEEE seleccionó recientemente la solución OFMD de Intersil. Una de las ventajas del futuro estándar es la compatibilidad con versiones anteriores de 802.11b.

Las especificaciones del estándar 802.11j estipularán la existencia de redes 802.11a e HiperLAN2 en el mismo rango.

Es imposible no mencionar las actividades del IEEE en el campo de las tecnologías LMDS y MMDS (esquina superior derecha de la Fig. 2). Los sistemas de distribución multipunto local y multicanal LMDS y MMDS (también llamados "televisión celular" y "CATV inalámbrico"), originalmente destinados a transmitir programas de televisión en áreas sin infraestructura de cable, se han utilizado cada vez más recientemente para organizar la transmisión inalámbrica de datos de banda ancha en el “última milla”. El alcance de los transmisores MMDS que funcionan en el rango de 2,1 a 2,7 GHz puede ser de 40 a 50 km, mientras que el alcance máximo de transmisión de señal de los sistemas LMDS que utilizan frecuencias significativamente más altas en el rango de 27 a 31 GHz es de 2,5 a 3 km. La distribución masiva de estos sistemas hasta ahora se ha visto obstaculizada por la falta de estándares industriales y, como consecuencia, por la incompatibilidad de productos de diferentes fabricantes. A principios de 2000, el IEEE creó un comité de trabajo 802.16 para estudiar varias soluciones y desarrollar reglas uniformes para construir sistemas de comunicación inalámbrica de banda ancha. Inicialmente, se centró en la estandarización de los sistemas LMDS en el rango de 28-30 GHz, pero pronto los poderes del comité se ampliaron al rango de frecuencia de 2 a 66 GHz y en su seno se formaron varios grupos de trabajo. El grupo 802.16.1 desarrolla especificaciones de interfaz aérea para sistemas que utilizan la banda 10–66 GHz. El Grupo de Trabajo 802.16.2 aborda cuestiones de “coexistencia” de redes fijas de acceso de banda ancha en las bandas sin licencia de 5 a 6 GHz (en particular, con LAN inalámbricas basadas en el estándar 802.11a). Finalmente, el grupo 802.16.3 está preparando especificaciones de interfaz aérea para sistemas con licencia en el rango de 2-11 GHz. El objetivo principal de este grupo era facilitar la implementación acelerada de sistemas MMDS permitiendo a los fabricantes crear productos interoperables basados ​​en un estándar único.

Los estándares se desarrollan sobre la base de un modelo de referencia único que combina tres tipos de interfaces en la ruta de comunicación entre dispositivos o redes de abonado (por ejemplo, LAN o centrales privadas) y la red de transporte (PSTN o Internet). La primera interfaz de radio define la interacción del nodo transceptor del abonado con la estación base, la segunda incluye dos componentes que cubren el intercambio de señales entre los nodos de radio y las redes "detrás de ellos": abonado y transporte (otros comités IEEE también participan en la desarrollo detallado de las especificaciones de esta interfaz). Las especificaciones para la tercera interfaz de radio opcional especifican el uso de repetidores o reflectores para aumentar el área de cobertura del sistema y evitar obstáculos en la ruta de la señal.

El Comité 802.16 ya ha adoptado especificaciones preliminares para interfaces aéreas de sistemas en el rango de 10 - 66 GHz que utilizan tecnologías de entrega de señal de portadora única. El estándar 802.16a define ambos métodos de transmisión de señales para sistemas en el rango de 2 a 11 GHz: portadora única y OFDM, y el estándar 802.16b para el rango de 5 a 6 GHz define la tecnología OFDM.

La "respuesta" europea a la creación de estándares estadounidenses fue el desarrollo de la tecnología HiperLAN2 (High Performance Radio LAN), que promete convertirse en el principal competidor de las tecnologías LAN inalámbricas 802.11. Los iniciadores y defensores activos del nuevo estándar son Nokia y Ericsson. Al igual que 802.11a, el estándar HiperLAN2 está enfocado a operar en la banda de 5 GHz y es capaz de proporcionar velocidades de transferencia de datos de hasta 54 Mbit/s. Ambos estándares utilizan técnicas de modulación de señal similares basadas en multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), pero tienen diferentes especificaciones de protocolo de acceso a medios MAC. Si para 802.11a es similar a Ethernet, entonces en HiperLAN2 recuerda más a ATM. Otra diferencia entre HiperLAN2 y 802.11a, que puede darle alguna ventaja sobre su competidor, es la compatibilidad con tráfico multimedia y QoS (802.11a se centra principalmente en la transferencia de datos). Según ETSI, el estándar se está desarrollando teniendo en cuenta la compatibilidad de los equipos con los sistemas 802.11a.

La tecnología estadounidense HomeRF se centra en la creación de un "entorno multimedia doméstico", combinando canales de transmisión de datos, telefonía, información de audio y vídeo, posiblemente en el futuro telemetría de sistemas de seguridad y sistemas de soporte vital. Además, la tecnología permite acceder a Internet a una velocidad bastante alta. De ahí los requisitos de la tecnología: bajo costo, bajo consumo de energía (especialmente para dispositivos portátiles), dimensiones reducidas, facilidad de instalación técnica y de software. La estructura de una red multimedia doméstica construida con tecnología HomeRF se muestra en la Fig. 3. Las computadoras personales, los teléfonos inalámbricos y los auriculares pueden servir como terminales móviles. El punto de acceso (indicado como estación base en la figura) proporciona una conexión por cable a Internet.

La tecnología utiliza un rango de frecuencia operativa de 2,4 GHz y utiliza saltos de frecuencia adaptativos con un número de saltos de 50 a 100 por segundo. La primera versión del estándar proporcionaba una velocidad máxima de transferencia de datos de hasta 1,6 Mbit/s y un alcance de comunicación típico de hasta 50 m. La segunda generación HomeRF 2.0 permite la transferencia de datos a velocidades de hasta 10 Mbit/s. Actualmente, ambas opciones se caracterizan por un bajo consumo de energía por parte de los terminales de abonado en modo de espera en presencia de conectividad a través del protocolo TCP/IP (menos de 10 mW en modo “on line”). La tercera generación de tecnología proporcionará velocidades de transmisión de hasta 20 Mbit/s.

Las especificaciones que describen la interfaz de red se refieren a las dos capas inferiores del modelo OSI (Interconexión de sistemas abiertos) de siete capas (ver Fig. 4).

El segundo nivel (control de enlace de datos, DLC) en este caso define el control de acceso a medios (MAC) y proporciona funciones para transmisión de voz o datos prioritarios, seguridad de las comunicaciones, roaming y cumplimiento de los niveles superiores del modelo. Los parámetros de ambos niveles inferiores en esta norma se optimizan conjuntamente para cumplir con los requisitos especificados para EMC interna y externa.

La tecnología HomeRF proporciona tres tipos de transmisión de datos (ver Fig. 4):

• "Transmisión de datos en paquetes" de tipo asíncrono y sin conexión (o "Ethernet inalámbrica") basada en el protocolo TCP/IP (Ruta de datos "Ethernet");
• distribuido por prioridad: transmisión de sesión de datos multimedia basada en UDP/IP (Streaming Data Path);
• Transmisión isócrona, dúplex, simétrica y bidireccional para conversaciones telefónicas según el protocolo DECT (Toll Quality Voice Path).

El dominio del tiempo está diseñado de tal manera que dentro de un intervalo de tiempo (10 o 20 ms) se transmiten primero los datos de prioridad (son posibles hasta ocho niveles de prioridad en total). La última parte de la duración del dominio principal está destinada a la transmisión de señales de tráfico de voz y se divide en un número apropiado de intervalos de longitud fija. La transmisión de voz se organiza según los protocolos de nivel superior del estándar DECT. Además, la tecnología HomeRF aplica directamente soluciones técnicas de los fabricantes de equipos DECT. Lo importante es que cuanto menor sea el intercambio de voz, mayor será la tasa de transferencia de datos. Dependiendo del tamaño del tráfico de voz, se asignan 10 o 20 ms de la duración del dominio temporal para la transmisión de tráfico asíncrono. Se pueden transmitir hasta ocho flujos de paquetes simultáneamente, y el orden de transmisión está determinado por la prioridad especificada. Sin embargo, si el número de flujos es inferior a ocho, no hay reserva de paquetes (retraso en la transmisión). La última parte del dominio garantiza que los paquetes de voz perdidos se transmitan en una frecuencia diferente, lo cual es exclusivo de esta tecnología y permite la calidad de voz por cable.

Comparación de una gama de tecnologías.

Comencemos desde la esquina inferior izquierda de la figura y comparemos las tecnologías Bluetooth y ZigBee. Los resultados del análisis comparativo se presentan en la Tabla 2.

Notas:

1. La velocidad de transmisión en un enlace de radio que utiliza señales discretas, por ejemplo digitales, se mide en baudios, que corresponde al número de cambios discretos en los parámetros de la señal por unidad de tiempo. A veces, este parámetro se denomina velocidad de transmisión técnica, ya que caracteriza el funcionamiento del módem de línea de radio. La velocidad de transmisión de información se mide en bits o bytes transmitidos por unidad de tiempo y caracteriza el rendimiento de la fuente de información. El consumidor está interesado en la velocidad de transmisión del “bit” y el fabricante la implementa mediante un módem específico. Esto implica una discrepancia en los valores de estos parámetros para un mismo enlace de radio.
2. Los terminales de abonado pueden estar en tres modos: activo (transferencia en curso), modo de recepción en espera (el terminal está listo para la transmisión inmediata) y modo "suspensión", del cual el terminal sale sólo periódicamente y durante un tiempo bastante largo. El último modo reduce drásticamente el consumo de energía del terminal de usuario.

Ahora comparemos las tecnologías HomeRF e IEEE802.11x. Como indicadores de la conformidad de las tecnologías consideradas con las tareas a resolver, tomaremos los siguientes: costo, calidad del intercambio de voz, soporte para intercambio multimedia, velocidad de transferencia de datos, alcance de comunicación, consumo de energía, parámetros de peso y tamaño, topología de la red. , EMC externa, EMC interna, protección contra interceptación y disponibilidad de roaming en exteriores. Compararemos tecnologías en términos absolutos de estos parámetros.

Precio. La menor complejidad le da a HomeRF una ventaja de costos sobre IEEE802.11. En los próximos años, con los mismos volúmenes de producción, HomeRF tendrá una ventaja en términos del parámetro BOM (Bill of Materials) de al menos un factor de 2.

Calidad del intercambio de voz. La tecnología HomeRF proporciona intercambio de voz multicanal con indicadores de calidad correspondientes a la comunicación por cable, y la tecnología IEEE802.11 claramente no cumple con los requisitos modernos. En este aspecto, HomeRF se centra en el estándar DECT con su tecnología probada. IEEE802.11 no está orientado en absoluto al intercambio de voz, lo que requiere el uso de dispositivos adicionales especiales. Sin embargo, incluso en este caso la transmisión del habla no está protegida de influencias externas. También existe un inconveniente como la incompatibilidad con la tecnología DECT.

Admite compartir multimedia. La tecnología HomeRF admite la transmisión multimedia multidireccional independiente de la voz con múltiples prioridades de acceso. IEEE802.11b e IEEE802.11a permiten la transferencia de datos a altas velocidades, pero si hay un tráfico de datos asincrónico significativo en la red, pueden ocurrir consecuencias no deseadas. El equipo de desarrollo de IEEE802.11e está resolviendo este problema mejorando la capa MAC. Hay avances de empresas privadas en esta dirección, pero "ya no es la tecnología IEEE802.11".

Tabla 2. Comparación de tecnologías Bluetooth y ZigBee

bluetooth	ZigBee
Objetivo
Construir redes de comunicación de estructura dinámica (constantemente se agregan nuevos elementos y los existentes abandonan la red, la configuración de la topología de la red cambia)	Redes de transmisión de datos con estructura estática (la topología de la red es constante durante mucho tiempo, la gama de elementos rara vez cambia)
Transmisión inalámbrica de señales de audio (voz)	Gran cantidad de dispositivos finales
Transferencia de gráficos e imágenes fijas	Largo período de comunicación entre la estación de red principal y los dispositivos terminales.
Transferir archivos	Transmitir pequeños paquetes de datos
Diferencias entre interfaces de radio
Software de salto de frecuencia (FHSS)	Espectro ensanchado directo (DSSS)
Velocidad de transmisión: 1 MBd, velocidad máxima de datos ~720 kbps	Velocidad de transmisión: 62,5 kBaud, 4 bits/símbolo, velocidad máxima de datos ~128 kbps
Consumo de energía
Organizado de manera similar a un teléfono móvil (carga regular)	Más de 2 años con un par de pilas AAA
Garantiza el máximo rendimiento de la red de una estructura determinada.	Optimizado para el modo de suspensión del endpoint
Parámetros de sincronización del protocolo
	Optimizado para el funcionamiento de la red en situaciones críticas:
El tiempo para el "registro" de un nuevo dispositivo terminal en la red es de al menos 3 s	El tiempo de “registro” de un nuevo dispositivo terminal en la red es de 30 ms
Tiempo de transición del dispositivo terminal del modo de suspensión al modo activo 3 s	Tiempo de transición del dispositivo terminal del modo de suspensión al modo activo 15 ms
Tiempo de acceso de la estación principal al dispositivo terminal activo 2 ms	Tiempo de acceso de la estación principal al dispositivo terminal activo 15 ms
Características de implementación
Bajo costo de expansión de la red.	Costo mínimo de los dispositivos finales.
Soporte de software ampliado a través de capacidades de PC	Software mínimo y procesador económico (80C51)
Implementación de capacidades del protocolo IEEE802.11x en presencia de equipos de radio simplificados	No es necesario soportar el funcionamiento del dispositivo terminal desde la PC
	Centrarse en la producción de chips integrados para diversas aplicaciones.

Tasa de transferencia de datos. HomeRF e IEEE802.11 proporcionan la velocidad de transmisión necesaria para un sistema de alta velocidad, pero para HomeRF su desarrollo posterior a velocidades del orden de 20 Mbit/s no está asociado con problemas globales como para IEEE802.11 (transición a un nuevo rango de frecuencia). IEEE802.11b también se está desarrollando en la dirección de aumentar la velocidad de transferencia de datos a 20 Mbit/s manteniendo la compatibilidad con versiones anteriores (grupo de desarrollo IEEE802.11g), sin embargo, las soluciones propuestas conducen a una violación de las reglas existentes para el uso de la banda de 2,4 GHz. . Es más probable que IEEE802.11a tenga éxito, pero no es compatible con el IEEE802.11b existente.

Rango de comunicación. IEEE802.11 se diseñó originalmente para funcionar en ausencia de interferencias externas, mientras que HomeRF se diseñó para entornos electromagnéticos difíciles.

Consumo de energía. La tecnología HomeRF está optimizada para un bajo consumo de energía del AT en modo de espera. Lo mismo se aplica a la fase activa del funcionamiento del dispositivo.

Parámetros de peso y dimensiones.. La tecnología HomeRF tiene un diseño mucho más simple de componentes portátiles. Para IEEE802.11, la tarjeta PC (o tarjeta PCMCIA) también se usa ampliamente, pero los parámetros más bajos corresponden a la tarjeta Compact Flash, que hasta ahora solo se puede usar en HomeRF.

Topología de red. La tecnología HomeRF admite simultáneamente la interacción de elementos de red jerárquicos y elementos de red de un solo nivel. La estructura jerárquica es ideal para transmisión de voz de alta calidad y aplicaciones de Internet como la transmisión web. Una estructura de un solo nivel es conveniente para la distribución eficiente de los recursos de la red (por ejemplo, para acceder a un dispositivo de servicio). Bluetooth es esencialmente un sistema punto a multipunto. Esto es eficaz en una red de host/usuario (especialmente porque el host puede no estar predeterminado). Sin embargo, este hecho determina inicialmente el uso ineficaz de la “capacidad del sistema” en su conjunto. Las variantes del estándar IEEE802.11 pueden funcionar en ambos tipos de redes (PCF - Point Coordination Function o DCF - Distributed Coordination Function), pero no simultáneamente en ambas. Los productos variantes IEEE802.11b existentes solo funcionan en DCF. La reducción del consumo de energía y la implementación de una transmisión de datos prioritaria se pueden lograr en un PCF más complejo y costoso. El grupo de investigación IEEE802.11e está estudiando activamente el desarrollo de PCF basado en cambios en la capa MAC, lo que podría cambiar radicalmente el desarrollo de la tecnología variante IEEE802.11b hacia la transmisión de datos. Una dificultad adicional para resolver este problema será garantizar la itinerancia para los consumidores.

CEM externa. HomeRF fue diseñado originalmente para resistir con éxito interferencias externas en la banda de 2,4 GHz. Para mantener una alta calidad del intercambio de voz en condiciones de exposición a interferencias fuera del sistema, se proporciona una tecnología especial para retransmitir los paquetes de voz afectados. En ausencia de un tráfico de voz máximo, se garantiza una transmisión de flujos de datos de alta calidad mediante el uso de saltadores de frecuencia. Hasta la fecha, el estándar IEEE802.11b se ha estudiado mucho más en cuanto al efecto de la radiación no deseada, aunque los datos disponibles son en gran medida contradictorios. Por ejemplo, la mayoría de los usuarios no prestan atención a una reducción del 10 al 40% en la velocidad de transmisión de un dispositivo ubicado al lado de un horno microondas. Un gran problema para las redes IEEE802.11 son las fluctuaciones significativas en la calidad de la transmisión de voz con una cantidad significativa de transmisión de datos (congestión de la red interna). La opción IEEE802.11a es hoy “independiente” de los problemas de interferencia sólo porque la banda de 5 GHz está actualmente relativamente libre, pero en el futuro enfrentará los mismos problemas.

CEM interna. El objetivo del desarrollo de IEEE802.11 es la organización eficiente de una LAN en una gran empresa, y no en muchas empresas pequeñas ubicadas una al lado de la otra. Se optimizó el rendimiento del sistema en su conjunto, no solo de uno o un grupo de usuarios. Cuando se detecta radiación (incluso a un nivel inferior al nivel de interferencia), el dispositivo deja de funcionar en la red y dos redes que en realidad no interfieren entre sí dejan de funcionar. La tecnología HomeRF evita potencialmente este inconveniente.

Protección de interceptación. Los estándares bajo consideración son digitales y el uso de procedimientos estándar de cifrado y autenticación los protege a nivel doméstico de la interceptación de radio. Sin embargo, no cuentan con protección suficiente frente a sistemas especiales. Los estudios realizados demostraron que el sistema de seguridad IEEE02.11b se puede abrir y el dispositivo del usuario se puede conectar a una red externa para acceder no autorizado a su información o ingresar información errónea incluso sin identificar la clave de cifrado. HomeRF proporciona una mejor protección a nivel lógico.

Vagando al aire libre. Proporcionado por ambos estándares.

La conclusión integral del análisis de una serie de tecnologías es la siguiente: cada tecnología se desarrolla para su propio propósito. El estándar IEEE802.11 está diseñado para uso empresarial. La tecnología HomeRF está diseñada para crear una red multimedia doméstica con acceso a Internet de banda ancha para los usuarios. Bluetooth proporciona comunicación inalámbrica en sistemas móviles (de transporte) y en habitaciones pequeñas. ZigBee es un estándar para la creación de redes tecnológicas para el intercambio de comandos de control y telemetría.

Hasta el momento no ha sido posible superar los desacuerdos entre grupos individuales de desarrolladores y fabricantes de tecnologías de transmisión de datos. ¿Será posible crear una plataforma tecnológica unificada para la transferencia de datos? Hasta el momento, la solución a este problema no es obvia.

Vladímir Dmítriev

La electrónica sustenta casi todas las comunicaciones. Todo comenzó con la invención del telégrafo en 1845, seguido del teléfono en 1876. Las comunicaciones han mejorado constantemente y los avances en electrónica, que se han producido recientemente, han abierto una nueva etapa en el desarrollo de las comunicaciones. Hoy en día, las comunicaciones inalámbricas han alcanzado un nuevo nivel y han ocupado con confianza la parte dominante del mercado de las comunicaciones. Y se espera un nuevo crecimiento en el sector de las comunicaciones inalámbricas gracias a la evolución de la infraestructura celular y a tecnologías modernas como . En este artículo veremos las tecnologías más prometedoras para el futuro próximo.

estado 4G

4G en inglés significa Long Term Evolution (LTE). LTE es la tecnología OFDM, que es la estructura dominante del sistema de comunicación celular en la actualidad. Los sistemas 2G y 3G todavía existen, aunque la introducción de 4G comenzó en 2011 - 2012. Hoy en día, LTE es principalmente. implementado por los principales operadores en EE. UU., Asia y Europa Su implementación aún no se ha completado. LTE ha ganado una enorme popularidad entre los propietarios de teléfonos inteligentes, ya que las altas velocidades de transferencia de datos han abierto oportunidades como la transmisión de video para ver películas de manera eficiente. no es tan perfecto.

Aunque LTE prometía velocidades de descarga de hasta 100 Mbps, esto no se cumplió en la práctica. Se pueden alcanzar velocidades de hasta 40 o 50 Mbit/s, pero sólo bajo condiciones especiales. Con un número mínimo de conexiones y un tráfico mínimo, rara vez se pueden alcanzar tales velocidades. Las velocidades de datos más probables se encuentran en el rango de 10 a 15 Mbit/s. Durante las horas punta, la velocidad desciende a varios Mbit/s. Por supuesto, esto no significa que la implementación de 4G sea un fracaso, sino que su potencial aún no se ha aprovechado plenamente.

Una de las razones por las que 4G no ofrece la velocidad anunciada es que hay demasiados consumidores. Si se utiliza demasiado intensamente, la velocidad de transferencia de datos se reduce significativamente.

Sin embargo, hay esperanzas de que esto pueda corregirse. La mayoría de los operadores que prestan servicios 4G aún no han implementado la tecnología LTE-Advanced, una mejora que promete mejorar las velocidades de transferencia de información. LTE-Advanced utiliza agregación de operadores (CA) para aumentar la velocidad. La “agregación de portadoras” implica combinar el ancho de banda LTE estándar de hasta 20 MHz en porciones de 40 MHz, 80 MHz o 100 MHz para aumentar la capacidad. LTE-Advanced también tiene una configuración MIMO de 8 x 8. La compatibilidad con esta función abre el potencial para velocidades de datos de hasta 1 Gbps.

LTE-CA también se conoce como LTE-Advanced Pro o 4.5G LTE. Estas combinaciones de tecnología están definidas por el Grupo de Desarrollo de Estándares 3GPP en la versión 13. Incluye agregación de operadores y acceso asistido con licencia (LAA), una técnica que utiliza LTE en el espectro Wi-Fi de 5 GHz sin licencia. También implementa agregación de enlaces LTE-Wi-Fi (LWA) y conectividad dual, lo que permite que el teléfono inteligente se comunique con un pequeño nodo de punto de acceso y un punto de acceso Wi-Fi al mismo tiempo. Hay demasiados detalles en esta implementación en los que no entraremos, pero el objetivo general es extender la vida útil de LTE reduciendo la latencia y aumentando las velocidades de datos a 1 Gbps.

Pero eso no es todo. LTE podrá ofrecer un mayor rendimiento a medida que los operadores comiencen a simplificar su estrategia con celdas más pequeñas, ofreciendo velocidades de datos más rápidas a más suscriptores. Las celdas pequeñas son simplemente estaciones base celulares en miniatura que se pueden instalar en cualquier lugar para llenar los vacíos de cobertura de las macroceldas, agregando rendimiento cuando sea necesario.

Otra forma de mejorar la productividad es utilizar Wi-Fi. Este método garantiza descargas rápidas al punto de acceso Wi-Fi más cercano cuando esté disponible. Sólo unos pocos operadores lo han puesto a disposición, pero la mayoría está considerando una mejora de LTE llamada LTE-U (U para sin licencia). Este es un método similar a LAA, que utiliza la banda sin licencia de 5 GHz para descargas rápidas cuando la red no puede soportar la carga. Esto crea un conflicto de espectro con este último, que utiliza la banda de 5 GHz. Para lograrlo, se han desarrollado ciertos compromisos.

Como podemos ver, el potencial del 4G aún no se ha aprovechado plenamente. Todas o la mayoría de estas mejoras se implementarán en los próximos años. También vale la pena señalar que los fabricantes de teléfonos inteligentes también realizarán cambios de hardware o software para mejorar el rendimiento de LTE. Lo más probable es que estas mejoras se produzcan cuando comience la adopción masiva del estándar 5G.

Descubrimiento 5G

Aún no existe el 5G como tal. Por lo tanto, es demasiado pronto para hacer declaraciones ruidosas sobre "un estándar completamente nuevo que puede cambiar el enfoque de la transferencia inalámbrica de información". Aunque, algunos proveedores de servicios de Internet ya están empezando a debatir quién será el primero en implementar el estándar 5G. Pero conviene recordar la polémica de los últimos años sobre el 4G. Después de todo, todavía no existe un 4G (LTE-A) real. Sin embargo, el trabajo en 5G está en pleno apogeo.

El Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) está trabajando en el estándar 5G, que se espera que se implemente en los próximos años. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que dará su bendición y administrará el estándar, dice que 5G debería estar completamente disponible en 2020. Sin embargo, algunas de las primeras versiones del estándar 5G seguirán apareciendo en la competencia entre proveedores. Algunos requisitos 5G aparecerán ya en 2017-2018 de una forma u otra. La implementación total del 5G no será una tarea fácil. Un sistema de este tipo sería una de las redes inalámbricas más complejas, si no la más compleja. Se espera su pleno despliegue para 2022.

La razón detrás de 5G es superar las limitaciones de 4G y agregar capacidades para nuevas aplicaciones. Las limitaciones de 4G son principalmente el ancho de banda de los suscriptores y las velocidades de datos limitadas. Las redes celulares ya han pasado de las tecnologías de voz a los centros de datos, pero se necesitan más mejoras de rendimiento en el futuro.

Además, se espera un auge de nuevas aplicaciones. Estos incluyen vídeo HD 4K, realidad virtual, Internet de las cosas (IoT) y el uso de estructuras de máquina a máquina (M2M). Muchos todavía predicen que habrá entre 20 y 50 mil millones de dispositivos en línea, muchos de los cuales se conectarán a Internet a través de redes celulares. Si bien la mayoría de los dispositivos IoT y M2M funcionan a bajas velocidades de transferencia de datos, trabajar con transmisión de datos (vídeo) requiere altas velocidades de Internet. Otras posibles aplicaciones que utilizarán el estándar 5G incluyen ciudades inteligentes y comunicaciones para la seguridad del transporte por carretera.

Es probable que el 5G sea más revolucionario que evolutivo. Esto implicará la creación de una nueva arquitectura de red que se superpondrá a la red 4G. La nueva red utilizará pequeñas celdas distribuidas con un canal de retorno de fibra o mmWave y también será rentable, no volátil y fácilmente escalable. Además, las redes 5G serán más software que hardware. También se utilizarán técnicas de redes definidas por software (SDN), virtualización de funciones de red (NFV) y redes autoorganizadas (SON).

También hay varias otras características clave:

• Usando ondas milimétricas. Las primeras versiones de 5G podrán utilizar las bandas de 3,5 GHz y 5 GHz. También se están considerando opciones de frecuencia de 14 GHz a 79 GHz. Aún no se ha seleccionado una opción final, pero la FCC dice que pronto se tomará una decisión. Las pruebas se llevan a cabo en frecuencias de 24, 28, 37 y 73 GHz.
• Se están considerando nuevos esquemas de modulación. La mayoría de ellos son alguna variante de OFDM. Se pueden definir dos o más esquemas en una norma para diferentes aplicaciones.
• Se incluirán múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de alguna forma para aumentar el alcance, la velocidad de datos y la confiabilidad de la comunicación.
• Las antenas tendrán conjuntos en fase con formación de haz adaptativa y dirección.
• Una latencia más baja es el objetivo principal. Se especifica menos de 5 ms, pero el objetivo es menos de 1 ms.
• Se esperan velocidades de datos de 1 Gbps a 10 Gbps en anchos de banda de 500 MHz o 1 GHz.
• Los chips estarán hechos de arseniuro de galio, silicio germanio y algo de CMOS.

Se espera que uno de los mayores retos en la implementación del 5G sea la integración de este estándar en los teléfonos móviles. Los teléfonos inteligentes modernos ya están llenos de diferentes transmisores y receptores, y con 5G serán aún más complejos. ¿Es necesaria esa integración?

Camino de desarrollo de Wi-Fi

Junto con las comunicaciones móviles, existe una de las redes inalámbricas más populares: Wi-Fi. Al igual que, Wi-Fi es una de nuestras “utilidades” favoritas. Contamos con poder conectarnos a una red Wi-Fi en casi cualquier lugar y la mayoría de las veces conseguimos acceso. Como la mayoría de las tecnologías inalámbricas populares, está en constante desarrollo. La última versión lanzada se llama 802.11ac y proporciona velocidades de hasta 1,3 Gbps en la banda de frecuencia sin licencia de 5 GHz. También se están buscando aplicaciones para 802.11ad de frecuencia ultraalta de 60 GHz (57-64 GHz). Es una tecnología probada y rentable, pero ¿quién necesita velocidades de 3 a 7 Gbps en distancias de hasta 10 metros?

Actualmente existen varios proyectos para el desarrollo del estándar 802.11. Éstos son algunos de los principales:

• 11af es una versión de Wi-Fi en las bandas blancas de la gama de televisión (54 a 695 MHz). Los datos se transmiten en anchos de banda locales de 6 (u 8) MHz, que no están ocupados. Son posibles velocidades de transferencia de datos de hasta 26 Mbit/s. A veces denominado White-Fi, el principal atractivo de 11af es su posible alcance a bajas frecuencias de muchos kilómetros y sin línea de visión (NLOS) (operación solo en áreas abiertas). Esta versión de Wi-Fi aún no está en uso, pero tiene potencial para aplicaciones de IoT.
• 11ah, denominado HaLow, es otra variante de Wi-Fi que utiliza la banda ISM sin licencia de 902-928 MHz. Es un servicio de bajo consumo y baja velocidad (cientos de kbit/s) con un alcance de hasta un kilómetro. El objetivo es la aplicación en IoT.
• 11ax - 11ax es una actualización a 11ac. Se puede utilizar en las bandas de 2,4 y 5 GHz, pero lo más probable es que funcione en la banda de 5 GHz únicamente para utilizar un ancho de banda de 80 o 160 MHz. Junto con 4 x 4 MIMO y OFDA/OFDMA, se esperan velocidades de datos máximas de hasta 10 Gbps. La ratificación final no se producirá hasta 2019, aunque es probable que las versiones preliminares estén completas.
• 11ay es una extensión del estándar 11ad. Utilizará la banda de frecuencia de 60 GHz y el objetivo es alcanzar velocidades de datos de al menos 20 Gbps. Otro objetivo es ampliar el alcance hasta los 100 metros para tener más aplicaciones como tráfico de retorno para otros servicios. No se espera que este estándar se publique en 2017.

Redes inalámbricas para IoT y M2M

Las comunicaciones inalámbricas son sin duda el futuro de las comunicaciones de Internet de las cosas (IoT) y de máquina a máquina (M2M). Aunque las soluciones por cable tampoco están excluidas, sigue siendo preferible la comunicación inalámbrica.

Lo típico de los dispositivos de Internet de las cosas es el corto alcance, el bajo consumo de energía, la baja velocidad de comunicación, la alimentación por batería o por batería con sensor, como se muestra en la siguiente figura:

Una alternativa sería algún tipo de actuador remoto, como se muestra en la siguiente figura:

O es posible una combinación de estos dos dispositivos. Ambos suelen conectarse a Internet a través de una puerta de enlace inalámbrica, pero también pueden conectarse a través de un teléfono inteligente. La conexión a la puerta de enlace también es inalámbrica. La pregunta es ¿qué estándar inalámbrico se utilizará?

Wi-Fi es la opción obvia, ya que es difícil imaginar un lugar donde no exista. Pero para algunas aplicaciones será excesivo y para otras consumirá demasiada energía. Bluetooth es otra buena opción, especialmente la versión de bajo consumo (BLE). Las nuevas incorporaciones a la red y la puerta de enlace Bluetooth la hacen aún más atractiva. ZigBee es otra alternativa lista y esperando, y no olvidemos Z-Wave. También existen varias opciones 802.15.4, por ejemplo 6LoWPAN.

Agregue a estas las últimas opciones que forman parte de redes de largo alcance y energéticamente eficientes (redes de área amplia de bajo consumo (LPWAN)). Estas nuevas opciones inalámbricas ofrecen conexiones de red de mayor alcance que normalmente no son posibles con las tecnologías tradicionales mencionadas anteriormente. La mayoría de ellos operan en espectro sin licencia por debajo de 1 GHz. Algunos de los competidores más nuevos para las aplicaciones de IoT son:

• LoRa es una invención de Semtech y cuenta con el respaldo de Link Labs. Esta tecnología utiliza modulación de frecuencia lineal (LFM) a bajas velocidades de datos para lograr un alcance de hasta 2 a 15 km.
• Sigfox es un desarrollo francés que utiliza un esquema de modulación de banda ultraestrecha a bajas velocidades de datos para enviar mensajes cortos.
• Ingravidez: utiliza espacios en blanco de TV con técnicas de radio cognitiva para alcances más largos y velocidades de datos de hasta 16 Mbps.
• Nwave es similar a Sigfox, pero no hemos podido recopilar suficiente información por el momento.
• Ingenu: a diferencia de los demás, este utiliza la banda de 2,4 GHz y un esquema único de acceso múltiple de fase aleatoria.
• Halow es Wi-Fi 802.11ah, descrito anteriormente.
• White-Fi es 802.11af, descrito anteriormente.

La telefonía celular es definitivamente una alternativa de IoT, ya que ha sido la columna vertebral de las comunicaciones de máquina a máquina (M2M) durante más de 10 años. Las comunicaciones de máquina a máquina utilizan principalmente módulos inalámbricos 2G y 3G para monitorear máquinas remotas. Si bien 2G (GSM) eventualmente desaparecerá, 3G seguirá existiendo.

Ya está disponible un nuevo estándar: LTE. Específicamente, se llama LTE-M y utiliza una versión abreviada de LTE en el ancho de banda de 1,4 MHz. Otra versión, NB-LTE-M, utiliza un ancho de banda de 200 kHz para funcionar a velocidades más bajas. Todas estas opciones podrán utilizar redes LTE existentes con software actualizado. Ya están disponibles módulos y chips para LTE-M, al igual que los dispositivos de Sequans Communications.

Uno de los mayores problemas del Internet de las cosas es la falta de un estándar uniforme. Y lo más probable es que no aparezca pronto. Quizás en el futuro aparezcan varios estándares, pero ¿cuándo pronto?

Tecnologíasredes inalámbricas

Después de leer este capítulo y completar los ejercicios prácticos, podrás:

· hablar sobre tecnologías modernas de redes inalámbricas;

· describir la historia del desarrollo de las redes inalámbricas y sus ventajas;

· describir tecnologías de redes de radio;

· hablar sobre redes de radio 802.11;

· describir tecnologías de redes de radio alternativas (como Bluetooth, HiperLAN y el protocolo de acceso inalámbrico compartido HomeRF);

· discutir tecnologías inalámbricas que utilizan radiación infrarroja;

· hablar sobre redes de microondas;

· describir redes inalámbricas que utilizan satélites de órbita terrestre baja (LEO).

Las redes inalámbricas son una tecnología emergente que resulta de gran interés por muchos motivos. La razón más obvia es que dichas redes proporcionan movilidad a dispositivos informáticos portátiles y de mano, permitiendo al usuario olvidarse de los cables. Otra razón es que la tecnología inalámbrica se ha vuelto más confiable y, en algunas situaciones, más barata de implementar que las redes de cable. Existen varias alternativas de medios inalámbricos al cable para transmitir paquetes de red: ondas de radio, radiación infrarroja (IR) y microondas (ondas de microondas). Con todas estas tecnologías, las señales se transmiten a través del aire o la atmósfera, lo que las convierte en una buena alternativa en casos en los que el cable es difícil o imposible de utilizar.

En este capítulo, se familiarizará con muchos tipos de comunicaciones de redes inalámbricas. Primero, aprenderá qué redes inalámbricas se utilizan actualmente y luego obtendrá una breve historia de dichas redes. t ix ventajas. Después de una descripción general de las redes que utilizan ondas de radio, hablaremos con más detalle sobre el estándar de redes inalámbricas IEEE 802.11, muy extendido. También aprenderá sobre tecnologías de redes de radio alternativas: Bluetooth, HiperLAN y HomeRF Shared Wireless Access Protocol, luego se describirán tecnologías basadas en radiación infrarroja difusa que brindan comunicaciones inalámbricas relativamente seguras, y finalmente, hablará sobre cómo las tecnologías de microondas basadas en terrestres Las redes se utilizan en redes y canales satelitales (incluidas redes de satélites terrestres en órbita amplia).

Tecnologías modernasredes inalámbricas

Actualmente, se utilizan las siguientes tecnologías para crear redes inalámbricas:

· tecnologías que utilizan ondas de radio;

· tecnologías basadas en radiación IR;

· tecnologías de microondas (microondas);

· redes basadas en satélites terrestres de órbita baja (un proyecto espacial especial que utiliza ondas de microondas).

Las tecnologías que utilizan ondas de radio son muy comunes y representan un sector de comunicaciones de redes inalámbricas en rápido crecimiento. Esto también incluye el estándar de red inalámbrica 802.11, así como estándares industriales alternativos como Bluetooth, HiperLAN y NoteShared Wireless Access Protocol (SWAP).

Las tecnologías basadas en IR no son tan comunes como las redes de radio; sin embargo, tienen algunas ventajas, ya que permiten la creación de redes inalámbricas relativamente más seguras (ya que la señal es más difícil de interceptar sin que nadie se dé cuenta). Ambas tecnologías (ondas de radio y radiación infrarroja) se utilizan para organizar las comunicaciones en distancias cortas dentro de una oficina, edificio o entre edificios.

Las tecnologías de microondas (MW) se utilizan para la comunicación a largas distancias y pueden proporcionar comunicaciones en red entre continentes a través de satélites.

Las redes basadas en satélites de órbita baja son otro tipo de redes inalámbricas, a partir de las cuales en algún momento se puede crear una "red mundial", accesible en todas partes del planeta.

Todas estas tecnologías se analizarán en este capítulo. Sin embargo, primero veremos la historia de las redes inalámbricas y conoceremos sus ventajas.

Una breve historia de las redes inalámbricasy sus ventajas

La historia de las redes inalámbricas se puede ver de manera formal e informal. El antepasado informal de las redes inalámbricas es la radioafición, cuyos operadores reciben licencias de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) para transmitir señales de voz, código Morse, datos, satélite y vídeo utilizando ondas de radio y microondas. La Comisión Federal de Comunicaciones lo considera una fuente importante de ideas y conocimientos para el desarrollo de las comunicaciones.

Nota

Las ondas de radio y las ondas de microondas son un rango del espectro de ondas electromagnéticas, que incluye la luz visible, las ondas de radio, la radiación infrarroja, los rayos X, las microondas (microondas) y los rayos gamma. Todos estos son tipos de radiación electromagnética que se propagan en la atmósfera terrestre y en el espacio. Tiene tanto las propiedades de una onda como las propiedades de una partícula. Puede encontrar más información sobre el espectro de ondas electromagnéticas en:

http:// imaginar. gsfc. nasa. gobierno/ documentos/ ciencia/ saberJ1/ espectro. HTML Yhttp:// imaginar. gsfc. nasa. gobierno/ documentos/ ciencia/ saberJ2/ espectro. HTML.

En la década de 1980, los radioaficionados con licencia recibieron permiso de la Comisión Federal de Comunicaciones para transmitir datos en varias frecuencias de radio en los rangos de 50,1 a 54,0 MHz (banda baja) a 1240 a 1300 MHz (banda alta). La mayoría de la gente está familiarizada con estas frecuencias porque se utilizan para transmitir música mediante estaciones de radio AM y FM. Estas frecuencias representan sólo una pequeña parte de las posibles radiofrecuencias en las que se pueden transmitir señales. La unidad básica de medida de la radiofrecuencia es hercios (Hz)(Hercios (Hz)). En tecnología, un hercio corresponde a un periodo de tensión alterna o señal emitida por segundo.

Nota

Las radiofrecuencias representan una gama de ondas con una frecuencia superior a 20 kHz, a través de las cuales se puede irradiar una señal electromagnética al espacio.

Pasó mucho tiempo desde que IBM creó la computadora personal a principios de la década de 1980 antes de que los radioaficionados conectaran las computadoras personales en una red utilizando ondas de radio (generalmente en las bandas más altas de 902 a 928 MHz y 1240 a 1300 MHz). Para ello, crearon un dispositivo llamado controlador de nodo terminal (TNC). Este dispositivo se colocaba entre la computadora y el transceptor y servía para convertir la señal digital de la computadora en una señal analógica, amplificada por el transceptor y radiada a través de la antena. La tecnología resultante se llamó radio por paquetes. El descubrimiento por parte de los radioaficionados de que la radio por paquetes funciona bien en frecuencias de 902 MHz y superiores pronto fue analizado por empresas que prestan servicios comerciales de redes inalámbricas. En 1985, la Comisión Federal de Comunicaciones aprobó para uso comercial en redes informáticas inalámbricas la frecuencia Industrial, Científica y Médica (ISM), que puede utilizarse para comunicaciones públicas de baja potencia y sin licencia en frecuencias fijas en el rango de 902 MHz a 5,825 MHz. GHz. En 1996, el Congreso de Telecomunicaciones preparó la siguiente etapa en el desarrollo de la tecnología inalámbrica. comunicaciones, estableciendo el concepto de “nodo (ubicación) de comunicaciones inalámbricas” y estableciendo estándares para el mismo, así como creando incentivos para un mayor desarrollo de las tecnologías de telecomunicaciones, incluidas las comunicaciones inalámbricas (se puede encontrar información adicional en www.fcc.gov/ telecomunicaciones .html). Poco después, IEEE creó el Grupo de Estándares de Redes Inalámbricas 802.11, que fue responsable del primer estándar 802.11, establecido en 1997. Actualmente, se están desarrollando e implementando redes inalámbricas para satisfacer muchas necesidades, incluidas las siguientes:

· implementación de comunicaciones en áreas donde es difícil desplegar una red de cable;

· reducción de los costos de implementación;

· proporcionar acceso "aleatorio" a aquellos usuarios que no pueden estar vinculados a una conexión de cable específica;

· simplificación del procedimiento para crear redes en oficinas pequeñas y domésticas;

· proporcionar acceso a los datos requeridos en una configuración específica

¿Por qué no siempre se pueden utilizar las redes de cable?

En algunas situaciones, es difícil e incluso imposible implementar una red de cable. Considere este escenario. Los dos edificios deben estar conectados por una red, pero entre ellos pasa una carretera federal. En este caso, existen varias formas de organizar una red. En primer lugar, se podría cavar una zanja debajo de la carretera, lo que requeriría gastos importantes y perturbaría el tráfico debido a la excavación de la zanja, el tendido del cable, el enterramiento de la zanja y la reconstrucción completa de la carretera. En segundo lugar, se puede crear una red regional que conecte dos edificios. Los edificios se pueden conectar a líneas T-1 o a una red Ethernet Óptica regional a través del propietario de la red pública o de la compañía telefónica local. Los costos serán menores que cuando se tiende un cable nuevo, pero el alquiler de líneas de telecomunicaciones requerirá deducciones constantes. En tercer lugar, puede implementar una red inalámbrica, lo que requerirá costos únicos de equipo, así como costos continuos de administración de la red. Sin embargo, todos estos costos probablemente estarán más justificados si se consideran períodos de tiempo prolongados.

Consideremos otro escenario. El inquilino de una oficina grande necesita implementar una red para 77 empleados. El propietario del local prohíbe la instalación de un sistema de cable permanente. Este local conviene al inquilino en todos los sentidos; además, el alquiler es más bajo que en otras opciones alternativas. La solución al problema es crear una red inalámbrica.

Y finalmente, el tercer escenario. La biblioteca pública está ubicada en un lugar histórico. Aunque la biblioteca es propiedad de la ciudad, estrictos convenios públicos y privados impiden que la administración de la biblioteca obtenga los permisos necesarios para instalar cables de red. La biblioteca lleva muchos años de retraso en la creación de un catálogo de libros electrónicos porque no puede conectar en red las computadoras de sus empleados y el servicio de referencia para sus clientes. Por lo tanto, la gestión de la biblioteca puede resolver sus problemas implementando una red inalámbrica que les permita mantener la integridad del edificio y no violar ningún contrato.

Ahorrando dinero y tiempocuando se utilizan redes inalámbricas

El costo y el tiempo de crear una red inalámbrica pueden ser menores que los de implementar una red de cable. Por ejemplo, los edificios más antiguos suelen contener materiales peligrosos, como los viejos pozos de producción que contienen trazas de cloro liberado por los conductos de aire y asbesto. Dado que los pozos no están en uso, simplemente se pueden tapiar. O bien, se podría iniciar un costoso programa de eliminación de materiales peligrosos para que estos ejes puedan usarse para instalaciones de cables de red. En tal situación, es mucho más barato tapiar las minas y desplegar una red inalámbrica en lugar de cable.

Se puede considerar el caso en el que una universidad necesitaba una red funcional porque se invirtieron grandes fondos en su desarrollo. La universidad invitó a una costosa empresa consultora, que asignó

cinco personas para el proyecto y creó 18 nuevos puestos de trabajo. Unos días antes de que comenzaran las obras, los responsables de la universidad se dieron cuenta de que no había conexiones de red para los nuevos empleados y consultores. Colocar nuevos cables en los próximos meses será caro y también imposible, ya que el departamento de TI de la universidad ya está sobrecargado de trabajo. Se ha encontrado una solución en forma de red inalámbrica que se puede implementar en un tiempo récord.

Acceso ilimitado a la red

Algunos usuarios de computadoras necesitan acceso a la red desde casi cualquier lugar. Considere, por ejemplo, un gran almacén de repuestos para automóviles que debe ser auditado periódicamente mediante medidas de códigos de barras conectados a la red. Una red inalámbrica brinda a los usuarios de estos escáneres acceso ilimitado ya que los usuarios no están atados a conexiones por cable. Otro ejemplo: un médico en un hospital puede llevar una pequeña computadora portátil con un adaptador inalámbrico que puede usarse para actualizar los registros de los pacientes, escribir referencias para pruebas o administrar la atención del paciente.

Simplificando la creación de redes para principiantes

En el campo de la informatización de oficinas pequeñas o domésticas con una red inalámbrica, está muy por encima del cableado. Las redes de este tipo de oficinas pueden estar en muy mal estado, ya que suelen ser creadas por no profesionales. Como resultado, es posible que se seleccione el tipo de cable incorrecto. El cable puede atravesar fuentes de interferencias de radio y radiación electromagnética, o puede dañarse (por ejemplo, al pasarlo debajo de una silla, una mesa o una puerta). Por lo tanto, un usuario en una oficina de este tipo puede perder el tiempo buscando de forma improductiva la inoperabilidad de la red. En esta situación, una red inalámbrica puede ser más fácil de instalar y operar. Por lo general, muchas tiendas de informática en línea preguntan a los usuarios de pequeñas oficinas y oficinas domésticas si desean comprar dispositivos inalámbricos para conectarse en red entre las computadoras que compraron.

La ventaja de las redes inalámbricas para esta clase de usuarios es que actualmente el coste de los dispositivos inalámbricos es bastante moderado. Una red inalámbrica, combinada con la capacidad de asignar automáticamente direcciones IP en los sistemas Windows 2000 y Windows XP, le permite crear una red doméstica completa con una experiencia mínima o incluso nula.

Mejorar el acceso a los datos

Las redes inalámbricas pueden mejorar enormemente el acceso a ciertos tipos de datos y aplicaciones. Consideremos, por ejemplo, una gran universidad que tiene diez auditores de tiempo completo que visitan varios departamentos (y sitios) todos los días y necesitan acceso a datos financieros, informes y otra información disponible en estos departamentos. Con una computadora portátil equipada con un adaptador de red inalámbrico, el auditor puede moverse fácilmente entre sitios y tener acceso constante a cualquier documento financiero. Como otro ejemplo, considere un ingeniero químico que trabaja en diferentes áreas de una planta química. En un momento dado, puede observar datos durante alguna reacción del ciclo de producción. En otro momento, es posible que necesite una nomenclatura química para garantizar que los componentes necesarios para ejecutar otro proceso de producción estén disponibles. En el tercer punto, este ingeniero puede acceder a la biblioteca de investigación en línea de la empresa. El acceso inalámbrico le permitirá realizar fácilmente todas las tareas enumeradas.

Organizaciones de soporte tecnológicoredes inalámbricas

Existen varias organizaciones dedicadas a promover las redes inalámbricas. Una de esas organizaciones que es una valiosa fuente de información sobre redes inalámbricas es Inalámbrico LAN Asociación (LANA). Esta asociación está formada por fabricantes de dispositivos de redes inalámbricas, así como por empresas y organizaciones interesadas, entre ellas Alvarion, Cisco Systems, ELAN, Intermec, Intersil, Raylink y Wireless Central. Complete la Práctica 9-1 para familiarizarse con las situaciones en las que se pueden utilizar las LAN inalámbricas y los recursos de información que ofrece la Asociación WLANA.

WINLAB (Laboratorio de redes de información inalámbrica) es un centro de investigación de redes inalámbricas multiuniversitario ubicado en la Universidad de Rutgers. WINLAB está patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias y ha estado en funcionamiento desde 1989. Al completar la Práctica 9-2, conocerá las investigaciones más recientes realizadas por el laboratorio WINLAB.

Tecnologías de redes de radio

Los datos de la red se transmiten mediante ondas de radio, de forma similar a una estación de radio local, pero las aplicaciones de red utilizan ondas de radio.

frecuencias mucho más altas. Por ejemplo, una estación de radio local AM (onda media y larga) podría transmitir en 1290 kHz porque el rango de frecuencia para las transmisiones con modulación de amplitud es de 535 a 1605 kHz. El rango de frecuencia para la transmisión de FM (VHF) tiene límites de 88 a 108 MHz. En EE. UU., las señales de red se transmiten a frecuencias más altas en los rangos de 902 a 928 MHz, 2,4 a 2,4835 GHz o 5 a 5,825 GHz.

Nota

Cada uno de los intervalos de frecuencia mencionados también se denomina banda: la banda de 902 MHz, la banda de 2,4 GHz y la banda de 5 GHz. La banda de 902 MHz se utiliza principalmente en dispositivos inalámbricos más antiguos y no estandarizados y no se analiza más en el libro.

En las redes de radio, la señal se transmite en una o más direcciones según el tipo de antena utilizada. En el ejemplo mostrado en la Fig. 9.1, la señal es direccional porque se transmite desde una antena ubicada en un edificio a una antena ubicada en otro edificio. La onda tiene una longitud de onda muy corta y baja potencia (a menos que el operador tenga una licencia especial de la Comisión Federal de Comunicaciones para comunicaciones de varios vatios), es decir, es más adecuada para transmisiones dentro de la línea de visión(transmisión de línea de visión) con un alcance corto.

Con la transmisión con línea de visión, la señal se transmite de un punto a otro, siguiendo la curvatura de la Tierra, en lugar de rebotar en la atmósfera, atravesando países y continentes. La desventaja de este tipo de transmisión es la presencia de obstáculos en forma de grandes elevaciones en la superficie terrestre (por ejemplo, colinas y montañas). Una señal de radio de baja potencia (1 - 10 W) puede transmitir datos a velocidades de 1 a 54 Mbit/s e incluso superiores.

Para transmitir paquetes en equipos de redes de radio inalámbricas, la tecnología de espectro ensanchado se usa con mayor frecuencia, cuando se usan una o más frecuencias adyacentes para transmitir una señal con mayor ancho de banda. El rango de frecuencia del espectro ensanchado es muy alto: 902–928 MHz y mucho más alto. Las comunicaciones de espectro ensanchado suelen proporcionar velocidades de transmisión de datos de 1 a 54 Mbps.

Las comunicaciones mediante ondas de radio pueden ahorrar dinero en los casos en que el tendido de cables sea difícil o muy caro. Las redes de radio son especialmente útiles cuando se utilizan computadoras portátiles que se trasladan con frecuencia. En comparación con otras tecnologías inalámbricas, las redes de radio son relativamente económicas y fáciles de instalar.

El uso de ondas de radio en las comunicaciones tiene varias desventajas. Muchas redes transmiten datos a velocidades de 100 Mbit/s y superiores para organizar comunicaciones de alta velocidad cuando se envía mucho tráfico (incluidos archivos de gran tamaño). Las redes de radio aún no pueden proporcionar comunicaciones a tales velocidades. Otra desventaja es que algunas frecuencias inalámbricas son compartidas por operadores de radioaficionados, militares y operadores de redes celulares, lo que genera interferencias de una variedad de fuentes en estas frecuencias. Los obstáculos naturales (como colinas) también pueden reducir o distorsionar la señal transmitida.

Una de las principales tecnologías de redes de radio se describe en el estándar IEEE 802.11. Otras tecnologías que también se utilizan incluyen Bluetooth, HiperLAN y HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP). Todas estas tecnologías se analizarán en las siguientes secciones de este capítulo.

Redes de radio IEEE 802.11

Se utilizan varios tipos de redes de radio para implementar comunicaciones inalámbricas, pero el estándar IEEE 802.11 tiene importantes ventajas en términos de compatibilidad y confiabilidad. Muchos usuarios de servicios inalámbricos utilizan dispositivos que cumplen con este estándar porque dichos dispositivos no implican comunicaciones no estandarizadas (especialmente en la banda baja y lenta de 902-928 MHz, típica de los dispositivos inalámbricos más antiguos) y los dispositivos 802.11 de diferentes fabricantes son intercambiables. Estos dispositivos siguen un estándar abierto, por lo que los diferentes modelos pueden comunicarse entre sí y pueden implementar más fácilmente nuevas funciones inalámbricas. Por lo tanto, es importante que los diseñadores de redes inalámbricas comprendan el estándar IEEE 802.11 y cómo funcionan los dispositivos que cumplen con este estándar.

El estándar IEEE 802.11 también se denomina estándar IEEE para especificaciones de acceso LEDium (MAC) y capa física (PHY) de LAN inalámbrica. Esta norma se aplica a estaciones de comunicaciones inalámbricas fijas y móviles. Estacionaria es una estación que no se mueve; móvil es una estación que puede moverse rápida o lentamente, como una persona que camina.

El estándar 802.11 proporciona dos tipos de comunicaciones. El primer tipo son las comunicaciones síncronas, cuando la transferencia de datos se produce en bloques separados, cuyo comienzo está marcado por un bit de inicio y el final por un bit de parada. El segundo tipo incluye las comunicaciones que se realizan dentro de un determinado marco de tiempo, cuando a la señal se le da un tiempo determinado para llegar a su destino, y si la señal no encaja en ese tiempo, entonces se considera perdida o distorsionada. Las limitaciones de tiempo hacen que el estándar 802.11 sea similar al estándar 803.11, en el que la señal también debe llegar a un nodo objetivo determinado dentro de un tiempo específico. El estándar 802.11 brinda soporte para servicios de administración de red (por ejemplo, el protocolo SNMP). También se proporciona autenticación de red; el estándar 802.11 se centra en el uso de las capas física y de enlace del modelo OSI. Las subcapas MAC y LLC de la capa de enlace de datos definen estándares para el método de acceso (que se analizará más adelante en este capítulo), direccionamiento y métodos para verificar datos mediante sumas de verificación (CRC). En la capa física, el estándar 802.11 definió velocidades de datos en frecuencias específicas. También se proporcionan métodos (tales como tecnologías de espectro ensanchado) para transmitir señales digitales utilizando ondas de radio y radiación infrarroja.

Desde la perspectiva del entorno laboral, el estándar 802.11 distingue entre comunicaciones inalámbricas interiores (indoor) y exteriores (outdoor). Las comunicaciones interiores pueden realizarse, por ejemplo, en un edificio de oficinas, una zona industrial, una tienda o una casa privada (es decir, siempre que no se extiendan más allá de un edificio separado). Las comunicaciones exteriores se pueden realizar dentro de un campus universitario, un campo deportivo o un estacionamiento (es decir, donde se transfiere información entre edificios). A continuación, te familiarizarás con los siguientes aspectos respecto al funcionamiento de las redes inalámbricas 802.11:

· componentes inalámbricos utilizados en redes IEEE 802.11;

· métodos de acceso en redes inalámbricas;

· métodos para detectar errores durante la transmisión de datos;

· velocidades de comunicación utilizadas en redes IEEE 802.11;

· métodos de seguridad;

· uso de autenticación cuando se pierde la conexión;

· Topologías de red IEEE 802.11;

· uso de redes locales inalámbricas multicelulares.

Componentes de red inalámbrica

La implementación de comunicaciones inalámbricas generalmente involucra tres componentes principales: una placa que realiza las funciones de receptor y transmisor (transceptor), un punto de acceso y antenas.

La placa transceptora se llama adaptador de red inalámbrica(NIC inalámbrica, WNIC), que opera en los niveles físico y de enlace del modelo OSI. La mayoría de estos adaptadores son compatibles con la especificación de interfaz de red, NDIS (Microsoft) y la interfaz Open Datalink, ODI (Novell). Como ya sabes por capítulo 5, Ambas especificaciones permiten la transmisión de múltiples protocolos a través de la red y se utilizan para comunicar la computadora y su sistema operativo con el adaptador WNIC.

Acceder a Thinka(punto de acceso) es un dispositivo conectado a una red de cable y que proporciona transferencia de datos inalámbrica entre adaptadores WNIC y esta red. Como se indica en capítulo 4, El punto de acceso suele ser un puente. Puede tener una o más interfaces de red de los siguientes tipos, lo que le permite conectarse a una red de cable:

· 100BaseTX, 100BaseT, 100BaseT2 y 100BaseT4;

Consejo

Algunos proveedores de redes inalámbricas ofrecen ahora puntos de acceso con capacidades de enrutador.

Antena Es un dispositivo que envía (emite) y recibe ondas de radio. Tanto los adaptadores WNIC como los puntos de acceso están equipados con antenas. La mayoría de las antenas de redes inalámbricas son direccionales u omnidireccionales.

Consejo

Al comprar dispositivos 802.11, compruebe si están certificados por la Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), que incluye más de 150 empresas de dispositivos inalámbricos. Más información sobre esta alianza se puede encontrar en el sitio web www. Wisconsin- fi. com.

antena direccional

Una antena direccional envía haces de radio en una dirección principal y normalmente puede amplificar la señal radiada en mayor medida que una antena omnidireccional. La cantidad de amplificación de la señal emitida se llama ganar(ganar). En las redes inalámbricas, normalmente se utiliza una antena direccional para transmitir ondas de radio entre antenas ubicadas en dos edificios y conectadas a puntos de acceso (Fig. 9.2, en esta configuración, una antena direccional proporciona transmisión a distancias más largas en comparación con una antena omnidireccional, ya que). es probable que irradie una señal más fuerte (alta ganancia) en una dirección. Mirando la Fig. 9.2, tenga en cuenta que, de hecho, la antena emite una señal no solo en una dirección, ya que parte de la señal se dispersa hacia los lados.

Nota

Para familiarizarse con los componentes de las redes inalámbricas, complete la Práctica 9-3. Además, los ejercicios de práctica 9-4 y 9-5 le enseñan cómo instalar un adaptador WNIC en Windows 2000 y Windows XP Professional. En la Práctica 9-6, aprenderá cómo instalar un adaptador en un sistema Red Hat Linux. 7. incógnita.

Antena omnidireccional

Una antena omnidireccional emite ondas de radio en todas direcciones. Dado que la señal se dispersa más que con una antena direccional, probablemente tendrá menos ganancia. En las redes inalámbricas, las antenas omnidireccionales se utilizan a menudo en redes interiores donde hay una mezcla constante de usuarios y las señales deben enviarse y recibirse en todas las direcciones. Además, este tipo de redes generalmente no requieren que la ganancia de la señal sea tan alta como la de una red exterior, ya que las distancias entre dispositivos inalámbricos en interiores son mucho más cortas. En la figura. La Figura 9.3 muestra una red inalámbrica que utiliza antenas omnidireccionales.

Arroz. 9.3. Antenas omnidireccionales

Un adaptador WNIC para dispositivos portátiles (como computadoras portátiles, computadoras de bolsillo y tabletas) puede estar equipado con un pequeño circuito de antena omnidireccional. Un punto de acceso para una red interior local puede tener una antena omnidireccional desmontable o una antena que esté conectada al punto de acceso mediante un cable. Un punto de acceso para una red exterior que conecta dos edificios normalmente tiene una antena de alta ganancia que se conecta al punto de acceso mediante un cable.

Métodos de acceso en redes inalámbricas.

El estándar 802.11 proporciona dos métodos de acceso: acceso ordenado por prioridad y acceso múltiple con detección de operador y prevención de colisiones. Ambos métodos funcionan en la capa de enlace de datos.

Al usar acceso en orden de prioridad(El punto de acceso de acceso basado en prioridad también funciona como un coordinador de puntos, que establece un período libre de conflictos durante el cual las estaciones) (además del propio coordinador) no pueden transmitir sin contactar primero con el coordinador. Durante este período, el coordinador interroga las estaciones una por una. Si alguna estación envía un paquete corto indicando que necesita ser sondeada porque tiene un mensaje que transmitir, el coordinador de punto coloca su encuesta en esa estación. Si una estación no es sondeada, el coordinador le envía una trama de señalización indicando cuánto tiempo esperar antes de que comience el siguiente período sin conflictos. En este caso, las estaciones incluidas en el cuestionario reciben alternativamente el derecho a realizar comunicaciones. Cuando todas estas estaciones han recibido la oportunidad de transmitir datos, inmediatamente se fija el siguiente período sin conflictos, durante el cual el coordinador vuelve a sondear la estación indicada, determinando si las estaciones que esperan la oportunidad de transmitir deben incluirse en el cuestionario.

El acceso ordenado por prioridad está destinado a comunicaciones que requieren demoras bajas en la transmisión de información. Estos tipos de comunicaciones suelen incluir voz, vídeo y videoconferencias: aplicaciones que funcionan mejor cuando se ejecutan de forma continua. Según el estándar 802.11, el acceso en orden de prioridad también se denomina función de coordinación de puntos

Se utiliza con mayor frecuencia en redes inalámbricas. acceso múltiple con controlLema portador y evitación de conflictos.(Acceso múltiple con detección de operador y prevención de colisiones, CSMA/CA), que también se denomina funciones de coordinación distribuida(función de coordinación distribuida). En este caso, la estación que espera transmitir escucha la frecuencia de comunicaciones y determina su ocupación verificando el nivel del indicador de intensidad de la señal del receptor (RSSI). En el momento 14, cuando la frecuencia de transmisión está libre, lo más probable es que surjan conflictos entre dos estaciones que quieren comenzar a transmitir simultáneamente. ¡Tan pronto como se libere la frecuencia de transmisión! cada estación espera unos segundos (cuyo número está determinado por el parámetro DIPS) para garantizar que la frecuencia permanezca inactiva. DIFS es una abreviatura del término Espacio dentro del marco de la función de coordinación distribuida, que define un tiempo de espera obligatorio predeterminado (retraso).

Si las estaciones esperan el tiempo especificado por el intervalo DIFS, la probabilidad de conflicto entre estaciones se reduce porque cada estación que requiere transmisión tiene un tiempo de retraso diferente (tiempo de retraso) calculado antes de que la estación verifique nuevamente la ocupación de la frecuencia de transmisión. Si la frecuencia permanece desocupada, entonces la estación con el tiempo de retardo mínimo comienza a transmitir. Si la frecuencia está ocupada, entonces la estación que requiere transmisión espera hasta que la frecuencia esté libre, después de lo cual permanece inactiva durante el tiempo de retraso ya calculado.

Al determinar el tiempo de retraso, la duración de un intervalo de tiempo predeterminado se multiplica por un número aleatorio. Un intervalo de tiempo es un valor almacenado en la Base de Información de Gestión (MIB) disponible en cada estación. El valor del número aleatorio varía desde cero hasta el tamaño máximo de la ventana de conflicto, que también se almacena en la base de datos de información de control de la estación. Por lo tanto, se define un tiempo de espera único para cada estación que espera transmitir, lo que permite a las estaciones evitar colisiones.

Manejo de errores de transmisión

Las comunicaciones inalámbricas están sujetas a las condiciones climáticas, el resplandor solar, otras comunicaciones inalámbricas, obstáculos naturales y otras fuentes de interferencia. Todas estas interferencias pueden interferir con la recepción exitosa de datos. El estándar 802.11 proporciona solicitud automática derepetición(solicitud de repetición automática, ARQ), que permite tener en cuenta la posibilidad de errores de transmisión.

Cuando se utilizan solicitudes ARQ, si la estación que envió el paquete no recibe un acuse de recibo (ACK) de la estación de destino, retransmite automáticamente el paquete. El número de reintentos realizados por la estación transmisora ​​antes de determinar que el paquete no puede entregarse depende del tamaño del paquete. Cada estación almacena dos valores: el tamaño máximo de paquete corto y el tamaño de paquete largo. Además, hay dos parámetros adicionales: el número de repeticiones para enviar un paquete corto y el número de repeticiones para un paquete largo. El análisis de todos estos valores permite a la estación decidir si deja de retransmitir un determinado paquete.

Como ejemplo de manejo de errores usando solicitudes ARQ, considere una estación para la cual un paquete corto tiene una longitud máxima de 776 bytes y el número de reintentos para un paquete corto es 10. Digamos que la estación transmite un paquete con una longitud de 608 bytes, pero no recibe acuse de recibo de la estación receptora. En este caso, la estación transmisora ​​retransmitirá este paquete 10 veces en ausencia de acuse de recibo. Después de 10 intentos fallidos (es decir, sin recibir un acuse de recibo), la estación dejará de transmitir este paquete.

Tarifas de transferencia

Las velocidades de transmisión y las frecuencias correspondientes de las redes 802.11 están determinadas por dos estándares: 802.11a y 802.1111b. Las velocidades de comunicación especificadas en estos estándares se refieren a la Capa Física del modelo OSI.

Para redes inalámbricas que operan en la banda de 5 GHz, el estándar 802.11 proporciona las siguientes velocidades de transferencia de datos:

· 6 Mbit/s;

· 24 Mbit/s;

· 9 Mbit/s;

· 36 Mbit/s; "

· 12 Mbit/s;

· 48 Mbit/s;

· 18 Mbit/s;

· 54 Mbit/s.

Nota

Todos los dispositivos que cumplan con el estándar 802.11a deben admitir velocidades de 6, 12 y 24 Mbps. Estándar 802. PA se implementa en la capa física del modelo OSI y para la transmisión de señales de información mediante ondas de radio prevé el uso multiplexación ortogonal de canales separadosfrecuencia(Multiplexación por división de frecuencia ortogonal, OFDM). Con este método de multiplexación, el rango de frecuencia de 5 GHz se divide en 52 subportadoras (52 subcanales). Los datos se dividen entre estas subportadoras y se transmiten simultáneamente a través de las 52 subportadoras. Estas transmisiones se denominan paralelas. Se utilizan cuatro subportadoras para controlar las comunicaciones y 48 transportan datos. El estándar 802.11b se utiliza en el rango de frecuencia de 2,4 GHz y proporciona las siguientes velocidades de comunicación: "

· 1 Mbit/s;

· 10 Mbit/s;

· 2 Mbit/s;

· 11 Mbps.

Nota

En el momento de redactar este informe se esperaba que se aprobara una ampliación del estándar 802.11b, denominado 802.11d. El estándar 802.11d permite la transmisión de datos en la banda de 2,4 GHz a velocidades de hasta 54 Mbit/s.

El estándar 802.11b utiliza modulación de secuencia directay espectro extendido(Modulación de espectro ensanchado de secuencia directa, DSSS), que es un método de transmisión de señales de información mediante ondas de radio y pertenece a la capa física. Con la modulación DSSS, los datos se distribuyen entre varios canales (hasta 14 en total), cada uno de los cuales ocupa una banda de 22 MHz. El número exacto de canales y sus frecuencias dependen del país en el que se realizan las comunicaciones. En Canadá y EE. UU. se utilizan 11 canales en la banda de 2,4 GHz. En Europa, el número de canales es 13, a excepción de Francia, donde sólo se utilizan 4 canales. La señal de información se transmite uno por uno a los canales y se amplifica a valores suficientes para superar el nivel de interferencia.

Al momento de escribir este artículo, 802.11a ofrece velocidades más rápidas que 802.11b. Sin embargo, el aumento de velocidad se consigue reduciendo las distancias de trabajo. Actualmente, los dispositivos 802.11a pueden transmitir datos a distancias de hasta 18 m, mientras que los dispositivos 802.11b son capaces de operar a distancias de hasta 90 m. Esto significa que si utiliza dispositivos 802.Na, aumentará el área de trabajo general. de dispositivos intercomunicados, deberá comprar más puntos de acceso.

Además de la velocidad, la ventaja del estándar 802.Pa es que el rango total de frecuencias disponibles en el rango de 0,825 GHz es casi el doble que el rango de frecuencia en el rango de 0,4835 GHz del estándar 802.11b. Esto significa que durante la transmisión se pueden transmitir muchos más datos, ya que cuanto más amplio sea el rango de frecuencia, más canales de información se transmitirán por los datos binarios.

Para aplicaciones que requieren más ancho de banda (como voz y video), planee usar dispositivos 802 Pa. Además, considere usar dichos dispositivos en situaciones donde haya una gran cantidad de usuarios dentro de un área pequeña (como un laboratorio de computación). Un mayor ancho de banda permitirá que todos los clientes de la red funcionen mejor y más rápido.

El alcance de los dispositivos 802.11b cubre aquellas configuraciones en las que un gran ancho de banda no es tan importante (por ejemplo, para comunicaciones destinadas principalmente a transferencias de datos). Además, 802.11b es muy adecuado para proyectos de bajo presupuesto porque requiere menos puntos de acceso que 802.11a. Esto se debe a que el estándar 802.11a proporciona un área de trabajo más amplia (hasta 90 m frente a los 18 m permitidos por el estándar 802.11a). Actualmente, el estándar 802.11b se utiliza con más frecuencia que 802.11a, ya que las redes basadas en él son más baratas de implementar y la gama de dispositivos destinados a él está más representada en el mercado (cuya producción, además, se inició antes ). Las características de los estándares 802.11a y 802.11b se presentan en la tabla. 9.1.

Tabla 9.1. Características de los estándares 802.11a y 802.11b

	802.11a	802.11b
Frecuencia de funcionamiento
Velocidades de trabajo (pase de bandaKaniya)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s	1, 2, 10, 11 Mbit/s
método comunitariocatión	Multiplexación de espectro ensanchado por división de frecuencia ortogonal (OFDM)	Modulación de secuencia directa DSSS
Distancia máxima de trabajo actual
Costo realciones	Relativamente alto debido a la necesidad de puntos de acceso adicionales	Relativamente bajo debido al uso de una pequeña cantidad de puntos de acceso

Métodos de seguridad

La seguridad es tan importante en las redes inalámbricas como en las redes de cable. El estándar 802.11 proporciona dos mecanismos de seguridad: autenticación de sistemas abiertos y autenticación de clave compartida. Cuando se utiliza la autenticación de sistema abierto, dos estaciones cualesquiera pueden autenticarse entre sí. La estación transmisora ​​simplemente envía una solicitud de autenticación a la estación objetivo o al punto de acceso. Si la estación de destino reconoce la solicitud, la autenticación está completa. Este método de autenticación no proporciona suficiente seguridad y debe tener en cuenta que los dispositivos de muchos fabricantes lo utilizan como predeterminado.

Proporciona una protección mucho mejor autenticación de clave compartida(autenticación de clave compartida), ya que implementa cableado Equivalente Privacío (WEP). Con este mecanismo de seguridad, dos estaciones (por ejemplo, un adaptador WNIC y un punto de acceso) operan con la misma clave de cifrado generada por los servicios WEP. La clave de cifrado WEP es una clave de 40 o 104 bits a la que se le agrega una suma de verificación e información de activación, lo que da como resultado una longitud total de clave de 64 o 104 bits.

Cuando se utiliza autenticación de clave compartida y WEP, una estación contacta a otra con una solicitud de autenticación. La segunda estación envía una solicitud de texto especial. La primera estación lo cifra utilizando la clave de cifrado WEP y envía el texto cifrado a la segunda estación, que lo descifra utilizando la misma clave WEP y compara el texto resultante con la solicitud de texto enviada originalmente. Si ambos textos coinciden, la segunda estación autentica la primera y las comunicaciones continúan.

Usar autenticación cuando se pierde la conexión

Otra función de la autenticación es finalizar la conexión una vez finalizada la sesión de comunicación. El proceso de autenticación de fallo de conexión es importante porque dos estaciones en comunicación no pueden ser desconectadas accidentalmente por otra estación no autenticada. La conexión entre dos estaciones se interrumpe si una de ellas envía una notificación de error de autenticación. En este caso, las comunicaciones se detienen inmediatamente.

Topologías de redIEEE 802.11

El estándar 802.11 proporciona dos topologías principales. El más simple es Topología con un conjunto de servicios básicos independientes.(topología de Conjunto de Servicios Básicos Independientes (IBSS)), formado por dos o más estaciones de comunicación inalámbrica que pueden comunicarse entre sí. Este tipo de red es algo impredecible ya que a menudo aparecen nuevas estaciones de forma inesperada. La topología IBSS está formada por comunicaciones arbitrarias de igual a igual (iguales) entre adaptadores WNIC de computadoras individuales (Fig. 9.4).

En comparación con la topología IBSS, topología de superconjunto(topología de conjunto de servicios extendido (ESS)) tiene un área de servicio grande porque tiene uno o más puntos de acceso. Basado en la topología ESS, puede crear una red pequeña, mediana o grande ¡y significativa! ampliar el área de comunicaciones inalámbricas. La topología de ESS se muestra en la Fig. 9.5.

Si utiliza dispositivos compatibles con 802.11, la red y la topología IBSS se pueden convertir fácilmente a una red basada en la topología ESS. Sin embargo, las redes con diferentes topologías no deben ubicarse cerca, ya que las comunicaciones IBSS peer-to-peer se comportan de manera inestable en presencia de puntos de acceso utilizados en la red ESS. Las comunicaciones en la red ESS también pueden verse afectadas. "

Consejo

Para obtener más información sobre el estándar IEEE 802.11, visite el sitio web de IEEE en www. es decir. org. Se puede solicitar una copia completa de esta norma desde este sitio web.

LAN inalámbricas multimalla

Cuando una red basada en una topología ESS utiliza dos o más puntos de acceso, la red se convierte en configuración regional inalámbrica multicelularnueva red(LAN inalámbrica de múltiples celdas). El área de transmisión alrededor de un cierto punto en dicha topología se llama celúla(celúla). Si, por ejemplo, una red interior dentro de un edificio tiene cinco puntos de acceso, entonces habrá cinco celdas en esta red. Además, si las cinco celdas están configuradas de manera idéntica (misma frecuencia operativa, misma velocidad en baudios y configuraciones de seguridad comunes), entonces una computadora personal o un dispositivo portátil equipado con un adaptador WNIC se puede mover de una celda a otra. Este proceso se llama itinerancia(itinerancia).

Como ejemplo de roaming en una topología ESS inalámbrica, considere un departamento universitario que tiene una red inalámbrica que tiene cinco puntos de acceso asociados con celdas numeradas del I al V.1. La celda I puede pertenecer a una biblioteca. Las celdas II y III podrán cubrir el área de oficinas de la facultad. La Celda IV podrá estar ubicada en la oficina de administración y la Celda V podrá estar ubicada en el laboratorio docente. Si todas las celdas están configuradas de manera idéntica, cualquier estudiante, profesorado o empleado de oficina puede mover una computadora portátil equipada con un adaptador WNIC de una celda a otra mientras mantiene el acceso a la red del departamento. Aunque el estándar 802.11 no proporciona una especificación para un protocolo de roaming, los fabricantes de dispositivos inalámbricos han desarrollado uno de esos protocolos llamado Enterrar- Acceso Punto Protocolo (IAPP), que en sus puntos principales cumple con este estándar. El protocolo IAPP permite que una estación móvil se mueva entre celdas sin perder la conexión a la red. Para garantizar las comunicaciones con roaming IAPP, encapsulamos los protocolos UDP e IP.

Nota

Como ya sabes por capítulo 6, El Protocolo de datagramas de usuario (UDP) es un protocolo sin conexión que se puede utilizar junto con IP en lugar de TCP, que es un protocolo orientado a la conexión.

El protocolo IAPP le permite notificar a los puntos de acceso existentes que un nuevo dispositivo se está conectando a la red y también permite que los puntos de acceso adyacentes intercambien información de configuración entre sí. Además, el protocolo proporciona un punto de acceso que se comunica con una estación móvil con la capacidad de transmitir automáticamente información de conexión inicial (incluido cualquier dato en espera de ser enviado a otro punto de acceso en los casos en que la estación móvil se mueve desde una celda atendida por el primer punto de acceso). apuntar a una celda servida por el primer punto de acceso).

Tecnologías alternativas de redes de radio.

Algunas de las tecnologías de comunicación más comunes que utilizan ondas de radio incluyen las siguientes tecnologías alternativas al estándar IEEE 802.11:

· Protocolo de acceso inalámbrico compartido (SWAP) HomeRF.

Cada tecnología enumerada representa una especificación de red inalámbrica y cuenta con el respaldo de fabricantes específicos. Todas estas tecnologías se analizan en las siguientes secciones.

bluetooth

bluetooth – es una tecnología de comunicación inalámbrica descrita por el Grupo de Interés Especial Bluetooth. Esta tecnología ha llamado la atención de fabricantes como 3Com, Agere, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia y Toshiba. Utiliza saltos de frecuencia en la banda de 2,4 GHz (2,4-2,4835 GHz) designada por la Comisión Federal de Comunicaciones para comunicaciones ISM sin licencia2. El método de salto de frecuencia implica cambiar la frecuencia portadora (se selecciona una de las 79 frecuencias) para cada paquete transmitido. La ventaja de este método es que reduce la probabilidad de interferencia mutua en casos de funcionamiento simultáneo de varios dispositivos.

Cuando se utilizan comunicaciones de varios vatios, la tecnología Bluetooth permite la transmisión de datos a distancias de hasta 100 m, pero en la práctica la mayoría de los dispositivos Bluetooth funcionan a una distancia de hasta 9 m. Normalmente, las comunicaciones asíncronas se utilizan a una velocidad de 57,6 o 721 Kbps. . Los dispositivos Bluetooth que proporcionan comunicaciones síncronas funcionan a una velocidad de 432,6 Kbps, pero estos dispositivos son menos comunes.

Usos de la tecnología Bluetooth transmisión dúplex con división de tiempoalineación de canales(Dúplex por división de tiempo, TDD), en el que los paquetes se transmiten en direcciones opuestas utilizando intervalos de tiempo. Un ciclo de transmisión puede utilizar hasta cinco intervalos de tiempo diferentes, por lo que los paquetes se pueden enviar y recibir simultáneamente. Este proceso recuerda a las comunicaciones dúplex. Hasta siete dispositivos Bluetooth pueden comunicarse simultáneamente (algunos fabricantes afirman que sus tecnologías pueden conectar ocho dispositivos, pero esto no cumple con las especificaciones). Cuando los dispositivos intercambian información, uno de ellos se selecciona automáticamente como maestro. Este dispositivo define funciones de control (por ejemplo, sincronización de franjas horarias y control de reenvío). En todos los demás aspectos de la comunicación Bluetooth, se parece a una red peer-to-peer.

Consejo

Para obtener más información sobre la tecnología Bluetooth, visite el sitio web oficial en www. bluetooth. com. Complete la Práctica 9-7, que le presenta el sitio web de Bluetooth, que describe las aplicaciones de Bluetooth para comunicaciones inalámbricas de acceso universal.

HiperLAN

Tecnología HiperLAN fue desarrollado en Europa y actualmente existe una segunda versión llamada HiperLAN2. Esta tecnología utiliza la banda de 5 GHz y proporciona velocidades de transferencia de datos de hasta 54 Mbps. Además de la velocidad, la ventaja de HiperLAN2 es su compatibilidad con comunicaciones Ethernet y ATM.

Compatible con la tecnología HiperLAN2 Datos Cifrado Estándar (DES) – un estándar de cifrado de datos desarrollado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y ANSI. Utiliza una clave de cifrado pública, visible para todas las estaciones de la red, además de una privada. (privada) una clave asignada únicamente a las estaciones transmisoras y receptoras. Se necesitan ambas claves para descifrar los datos.

La tecnología HiperLAN2 asegura la calidad de servicio (QoS), brindando un nivel garantizado de comunicaciones para diferentes clases de servicio (por ejemplo, voz o video). ¡Esto es posible gracias al hecho de que los puntos de acceso gestionan la conexión inalámbrica de forma centralizada! comunicaciones y planificar todas las sesiones de transferencia de información.

La red HiperLAN2 opera en dos modos. El modo directo (directlmode) es una topología de red peer-to-peer (similar a la topología 1B58 en redes 802.11), que está formada únicamente por estaciones comunicantes. El otro modo se llama modo centralizado porque se implementa en redes grandes donde existen puntos de acceso que concentran y administran el tráfico de la red. El método de comunicación para ambos modos es Time Division Duplex (TDD), la misma tecnología utilizada en Bluetooth.

Consejo

Para ver más de cerca HiperLAN2, visite el sitio web www. hiperiano2. com.

InicioRF Protocolo de acceso inalámbrico compartido (SWAP)(HomeRF) es una tecnología respaldada por empresas como Motorola, National Semiconductor, Proxim y Siemens. Este

la tecnología opera en la banda de 2,4 GHz y proporciona velocidades de red de hasta 10 Mbit/s. Utiliza CSMA/CA como método de acceso (como el estándar 802.11) y está destinado a redes domésticas donde se transmiten datos, voz, vídeo, flujos multimedia y otra información.

Un ejemplo de un uso típico de la tecnología HomeRF SWAP es una red inalámbrica que conecta varias computadoras personales y les proporciona acceso a Internet. Otro campo de aplicación es la implementación de conexiones inalámbricas para centros de entretenimiento (por ejemplo, para conectar varios televisores y sistemas estéreo entre sí). La red HomeRF SWAP puede vincular varios teléfonos. También se puede utilizar para proporcionar comunicación entre dispositivos de control del hogar (iluminación, aires acondicionados, muebles de cocina, etc.). Para garantizar la seguridad, las redes HomeRF SWAP utilizan cifrado de datos de 128 bits e identificadores de red de 24 bits.

En el momento de escribir este artículo, la tecnología HomeRF SWAPS estaba en desarrollo y proporciona comunicaciones a una velocidad de 25 Mbit/s. Los creadores de esta tecnología se esfuerzan por integrarla en televisores y servidores multimedia para ampliar las capacidades de sistemas de vídeo complejos.

(Consejo)

Puede familiarizarse con HomeRF SWAP con más detalle en el sitio web www. homerf. organización.

Tecnologías de red que utilizanradiación infrarroja

La radiación infrarroja (IR) se puede utilizar como medio de transmisión para comunicaciones de red. Estás muy familiarizado con esta tecnología gracias a los mandos a distancia del televisor y del estéreo. La radiación infrarroja es una señal electromagnética, similar a las ondas de radio, pero su frecuencia está más cerca del rango de las ondas electromagnéticas visibles llamadas luz visible.

La radiación IR puede viajar en una dirección o en todas las direcciones, utilizándose un diodo emisor de luz (LED) para la transmisión y un fotodiodo para la recepción. La radiación IR pertenece al nivel físico, su frecuencia es de 100 GHz - 1000 THz (terahercios) y la longitud de onda electromagnética oscila entre 700 y 1000 nanómetros (nm, 10~9).

Al igual que las ondas de radio, el IR puede ser una solución de bajo costo cuando no hay cableado disponible o cuando los usuarios se desplazan. Su ventaja es que la señal de la PC es difícil de interceptar sin que se note. Otra ventaja es la resistencia de la señal ICC a las interferencias radioeléctricas y electromagnéticas. Sin embargo, este entorno de comunicación también tiene una serie de desventajas importantes. En primer lugar, en las comunicaciones direccionales la velocidad de transferencia de datos no supera los 16 Mbit/s, y en las omnidireccionales este valor es inferior a 1 Mbit/s. En segundo lugar, la radiación IR no atraviesa las paredes, lo que es fácil de comprobar intentando controlar el televisor con un mando a distancia desde otra habitación. Por otro lado, esta desventaja se convierte en una ventaja, porque debido al área de distribución limitada, las comunicaciones mediante señales IR se hacen más seguras. En tercer lugar, las comunicaciones por infrarrojos pueden estar sujetas a interferencias de fuertes rayos .

Consejo

Las tecnologías infrarrojas pueden utilizar puntos de acceso para ampliar el área de trabajo y crear grandes redes.

Cuando se transmite información utilizando radiación infrarroja difusa, la señal IR enviada se refleja desde el techo, como se muestra en la Fig. 9.6. Para este tipo de comunicaciones existe el estándar IEEE 802, que prevé el funcionamiento a una distancia de 9 a 18 m, dependiendo de la altura del techo (cuanto más alto es el techo, menor es el área de cobertura de la red). Para la radiación infrarroja dispersa, esta norma define velocidades de datos de 1 y 2 Mbit/s. Las longitudes de onda de la señal IR difusa utilizada en el estándar 802.11R están en el rango de 850 a 950 nm (de todo el rango de rayos IR, que es de 700 a 1000 nm). En comparación, la luz visible tiene un rango de longitud de onda de aproximadamente 400 a 700 megahercios. La potencia máxima de la señal óptica emitida según el estándar 802.11R es de 2 W.

Consejo

Aunque las señales IR dispersas no están sujetas a interferencias electromagnéticas y de radio, las ventanas de los edificios pueden causar interferencias porque estas señales son sensibles a fuentes de luz intensas. Considere las ventanas al diseñar una red inalámbrica que utilice radiación IR difusa.

El método de transmisión de señal utilizado por el estándar IEEE 802.11R se llama modulación de fase de pulso(Modulación de posición de pulso, PPM). Según este método, el valor binario de la señal está asociado con la ubicación del pulso en un conjunto de posibles posiciones en el espectro de radiación electromagnética. Para comunicaciones de 1 Mbps, el estándar 802.11R proporciona dieciséis posiciones de pulso posibles (16 PPM), y cada posición representa cuatro bits binarios. Con comunicaciones a 2 Mbit/s, cada pulso representa dos bits y sólo hay cuatro posiciones de pulso posibles (4-PPM). Un pulso en una determinada posición indica que algún valor está presente y la ausencia de un pulso significa que el valor no está presente. PPM es un método de codificación de caracteres similar a la codificación binaria en el sentido de que utiliza sólo unos y ceros.

Tecnologías de redes de microondas.

Los sistemas de microondas funcionan en dos modos. Los canales de microondas terrestres transmiten señales entre dos antenas parabólicas direccionales, que tienen forma de plato (fig. 9.7). Dichas comunicaciones se producen en las bandas de frecuencia de 4 a 6 GHz y de 21 a 23 GHz y requieren que el operador obtenga una licencia de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC).

Los sistemas de microondas satelitales transmiten una señal entre tres antenas, una de las cuales está ubicada en el satélite de la Tierra (Fig. 9.8). Los satélites de estos sistemas se encuentran en órbitas geosincrónicas a una altitud de 35.000 km sobre la Tierra. Para que una organización utilice dicha tecnología de comunicación, debe lanzar un satélite o arrendar un canal a una empresa que brinde dichos servicios. Debido a las largas distancias, los retrasos durante la transmisión oscilan entre 0,5 y 5 segundos. Las comunicaciones se realizan en el rango de frecuencia de 11 a 14 GHz, para lo cual es necesario obtener una licencia.

Al igual que otros medios de comunicación inalámbrica, las tecnologías de microondas se utilizan cuando los sistemas de cable son demasiado caros o cuando la instalación de cables no es posible. Los canales de microondas terrestres pueden ser una buena solución a la hora de establecer comunicaciones entre dos grandes edificios de una ciudad. Los sistemas de comunicación por satélite son la única forma posible de conectar redes ubicadas en diferentes países o en diferentes continentes, pero esta solución es muy costosa.

Las comunicaciones por microondas tienen anchos de banda teóricos de hasta 720 Mbit/s y superiores, pero en la práctica, las velocidades actuales suelen oscilar entre 1 y 10 Mbit/s. Los sistemas de comunicación por microondas tienen algunas limitaciones. Son costosos y difíciles de implementar y operar. La calidad de las comunicaciones por microondas puede verse degradada por las condiciones atmosféricas, la lluvia, la nieve, la niebla y las interferencias de radio. Además, la señal de microondas puede interceptarse, por lo que la autenticación y el cifrado son de especial importancia al utilizar este medio de transmisión.

Redes inalámbricas basadassatélites de órbita terrestre baja

Los satélites de comunicaciones orbitan a una distancia de aproximadamente 30.000 km sobre la Tierra. Debido a la gran distancia de estos satélites y a las perturbaciones en la atmósfera superior, pueden producirse retrasos en la transmisión de señales que son inaceptables para comunicaciones con altos requisitos para este parámetro de comunicación (incluida la transmisión de datos binarios y multimedia).

Actualmente varias empresas están desarrollando órbita bajasatélites(Satélite de órbita terrestre baja (LEO)), cuyas órbitas deberían estar a una distancia de 700 a 1600 km de la superficie de la Tierra, lo que debería acelerar la transmisión bidireccional de señales. Debido a su órbita más baja, los satélites LEO cubren áreas más pequeñas y, por lo tanto, se necesitan unos treinta satélites LEO para cubrir completamente la superficie del planeta. Teledesic, Motorola y Boeing están desarrollando actualmente una red de satélites de este tipo que harán que Internet y otros servicios de redes globales estén disponibles en cualquier lugar de la Tierra. Los usuarios interactúan con los satélites LEO utilizando antenas especiales y equipos de decodificación de señales. A partir de 2005, los satélites LEO se podrán utilizar en las siguientes áreas:

Difusión de comunicaciones por Internet; realización de videoconferencias planetarias;

· aprendizaje a distancia;

· otras comunicaciones (voz, vídeo y transmisión de datos).

Se espera que las velocidades de comunicación basadas en satélites LEO oscilen entre 128 Kbps y 100 Mbps para flujos ascendentes (al satélite) y hasta

720 Mbit/s para flujos descendentes (desde satélite). Los satélites LEO utilizan frecuencias ultraaltas aprobadas por la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos y organizaciones similares en diferentes partes del mundo. La UIT también aprueba el espectro electromagnético de las comunicaciones que utilizan satélites LEO. Las frecuencias de funcionamiento están en el rango de 28,6 a 29,1 GHz para canales de enlace ascendente y de 18,8 a 19,3 GHz para canales. canales aguas abajo. Una vez que esta red esté operativa (la arquitectura de la red se muestra en la Figura 9.9), un director de proyecto en Boston, por ejemplo, podrá realizar videoconferencias o intercambiar archivos binarios importantes con un investigador que vive en un refugio de montaña en Wyoming y una granja de ganado. El propietario en Argentina podrá contactar con datos agrícolas de la red de la Universidad de Carolina del Norte (Colorado). (Complete la Práctica 9-8 para obtener más información sobre el uso de satélites LEO para construir redes).

Reanudar

1 Las tecnologías modernas de redes inalámbricas utilizan ondas de radio, radiación infrarroja, ondas de microondas y satélites de órbita baja.

2 La base de las redes inalámbricas fueron los experimentos con comunicaciones por radio por paquetes, que fueron realizados hace mucho tiempo por radioaficionados.

3 Actualmente, las redes inalámbricas se utilizan en muchas áreas (por ejemplo, cuando es difícil implementar redes de cable). Además, dichas redes reducen los costos de instalación de la red y brindan conectividad a computadoras móviles.

4 Las tecnologías de radiocomunicaciones suelen utilizar comunicaciones con línea de visión que viajan de un punto a otro a lo largo de la superficie de la Tierra (en lugar de que la señal de radio rebote en la atmósfera terrestre). Estas tecnologías también utilizan comunicaciones de espectro ensanchado, donde las ondas de radio se transmiten a través de varias frecuencias adyacentes.

5 El estándar IEEE 802.11 se utiliza actualmente en varios tipos de redes de radio. Este estándar tiene tres componentes principales: un adaptador de red inalámbrica (WNIC), un punto de acceso y una antena. Existen dos estándares (802.11a y 802.11b) que definen las velocidades de las comunicaciones que cumplen con el estándar 802.11. Se está introduciendo un nuevo estándar: 802.11g, que es una extensión del estándar 802.11b.

6 Las alternativas comunes a 802.11 incluyen Bluetooth, HiperLAN y el protocolo de acceso inalámbrico compartido HomeFR.

7 El estándar 802.11R utiliza radiación infrarroja (IR) difusa para construir redes pequeñas y relativamente seguras ubicadas en oficinas o áreas de trabajo bastante reducidas.

8 Las redes de microondas existen en dos tipos: redes basadas en canales de microondas terrestres y redes de satélite. Las redes de satélite, por supuesto, pueden resultar muy caras debido a los elevados costes que supone lanzar un satélite al espacio.

9 Las redes de satélites de órbita terrestre baja (LEO) utilizan una constelación de satélites en órbitas muy bajas sobre la Tierra, lo que genera retrasos en la transmisión de señales significativamente menores que las comunicaciones por satélite convencionales. Una vez que se implementen las redes basadas en satélites LEO, las capacidades de conexión en red estarán disponibles en cualquier parte del planeta.

10 En la tabla. 9.2 enumera las ventajas y desventajas de las comunicaciones en red que utilizan ondas de radio, radiación infrarroja y ondas de microondas.

Tabla 9.2. Ventajas y desventajas de las tecnologías de comunicación inalámbrica.

	ondas de radio	radiación infrarroja	ondas de microondas	Satélites de órbita baja
Ventajas	Una alternativa económica para casos en los que resulta difícil implementar comunicaciones por cable. Uno de los medios para implementar las telecomunicaciones móviles. Generalmente no requiere licencia.	La señal es difícil de interceptar sin que nadie se dé cuenta.	Una alternativa económica para casos en los que resulta difícil implementar comunicaciones por cable, especialmente en largas distancias. Un canal de microondas terrestre a largas distancias puede resultar más barato que las líneas de telecomunicaciones alquiladas	Puede ubicarse sobre la Tierra al crear una red global. No crean retrasos en la transmisión de señales como los satélites geosincrónicos.
Defectos	Es posible que no cumpla con los requisitos de la red de alta velocidad. Sujeto a interferencias de redes celulares, militares, convencionales y otras fuentes de señales de radio. Sujeto a interferencias que ocurren naturalmente.	Puede que no sea adecuado para comunicaciones de alta velocidad. Sujeto a interferencias de fuentes de luz extrañas. No se transmite a través de paredes. La gama de dispositivos ofrecidos es menor que para otros tipos de redes inalámbricas.	Puede que no sea adecuado para comunicaciones de alta velocidad. Vías en instalación y operación. Sujeto a perturbaciones naturales (lluvia, nieve, niebla) e interferencias de radio, así como a condiciones atmosféricas.	Estará disponible sólo en 2005.