diseño de la wlan de wheelers lane technology college

UNIVERSIDAD DE SEVILLA

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS

PROYECTO FIN DE CARRERA

Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de

Wheelers Lane Technology College

José Javier Anguís Horno

Marzo 2008

Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane

Technology College

AUTOR: D. José Javier Anguís Horno TUTOR: Dr. D. José Ramón Cerquides Bueno

Ingeniería de Telecomunicación Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla

Marzo de 2008

Agradecimientos

A mi profesor y tutor D. José Ramón, un profesional “como la copa de un pino”...

A TCNS Limited, por permitirme que me encargara de la elaboración y de la ejecución

de este interesante proyecto…

A Nacho, por su ayuda inestimable con los planos…

A todos aquellos que me ayudaron a levantarme todas las veces que caí a lo largo de estos años; esto también es vuestro…

…Pero sobre todo a mis padres, sin ellos NADA hubiera sido posible.

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Índice

Prólogo ...................................................................................................... 1

PARTE I: Estudio Teórico de las Redes de Área Local Inalámbricas

Capítulo 1: INTRODUCCIÓN A LAS WLANS........................................... 4 1.1. LAS REDES INALÁMBRICAS ....................................................................... 4

1.2. TECNOLOGÍAS Y ESTÁNDARES INALÁMBRICOS................................... 6 1.2.1. FAMILIA IEEE 802.11 (WI-FI) ..............................................................................................6 1.2.2. HIPERLAN (HIGH PERFORMANCE RADIO LAN) .......................................................................6 1.2.3. HIPERLAN/2 (HIGH PERFORMANCE RADIO LAN/2)................................................................7 1.2.4. DECT (DIGITAL ENHANCED CORDLESS TELECOMMUNICATIONS) ............................................7 1.2.5. IRDA .................................................................................................................................7 1.2.7. BLUETOOTH...........................................................................................................................8 1.2.8. ZIGBEE ..................................................................................................................................9 1.2.9. WIMAX .............................................................................................................................9 1.2.10. GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS) .....................................................11 1.2.11. GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) .........................................................................12 1.2.12. UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELEPHONE STANDARD) .........................................................12 1.2.13. HSDPA (HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS) .............................................................14 1.2.14. HSUPA (HIGH SPEED UPLINK PACKET ACCESS) ...................................................................14

1.3. PRINCIPIOS DE LAS WLANS...................................................................... 15 1.3.1. CÓMO TRABAJAN.................................................................................................................15 1.3.2. BANDA DE FRECUENCIAS .....................................................................................................16 1.3.3. SEGURIDAD .........................................................................................................................16

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1.4. RESEÑA HISTÓRICA DE LAS WLANS ...................................................... 17 1.5. APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS WLANS...................................... 20

1.5.1. ALGUNOS EJEMPLOS REALES DE WLANS.............................................................................21 1.5.1.1. Proyecto TEBATREN Aplicado al Metro de Madrid...................................................21 1.5.1.2. Proyecto NERPIO-SAT .............................................................................................21

1.6. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS WLANS.................................. 22 1.6.1. VENTAJAS ...........................................................................................................................22 1.6.2. INCONVENIENTES.................................................................................................................23 1.6.3. COMPARATIVA ENTRE WLAN Y LAN CABLEADAS ...............................................................24

1.7. EFECTOS DE LA RADIACIÓN EN LA SALUD .......................................... 25

Capítulo 2: FAMILIA IEEE 802.11 ............................................................... 26 2.1. INTRODUCCIÓN........................................................................................... 26 2.2. ARQUITECTURA DE LA FAMILIA IEEE 802.11........................................ 28

2.2.1. ARQUITECTURA LÓGICA-FUNCIONAL. COMPONENTES BÁSICOS ..............................................28 2.2.2. MODELO DE REFERENCIA .....................................................................................................30 2.2.3. TOPOLOGÍAS DE RED ............................................................................................................31

2.2.3.1. Modo Ad Hoc o IBSS (Independient Basic Service Set) ..............................................31 2.2.3.2. Modo Infraestructura o BSS (Basic Service Set)........................................................33 2.2.3.3. Modo BSS Extendido o ESS (Extended Service Set)....................................................33

2.3. LA CAPA FÍSICA .......................................................................................... 35 2.3.1. ESPECTRO RADIOELÉCTRICO.................................................................................................36 2.3.2. TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN ...........................................................................................37

2.3.2.1. Técnicas de Espectro Ensanchado.............................................................................37 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). ........................................................................ 38 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). ............................................................................. 40

2.3.2.2. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)..............................................45 2.3.2.3. Comparativa .............................................................................................................46

2.3.3. TÉCNICAS DE MODULACIÓN .................................................................................................47 2.3.3.1. GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). ................................................................47 2.3.3.2. PSK (Phase Shift Keying). .........................................................................................48 2.3.3.3. DPSK (Differential phase shift keying). .....................................................................49 2.3.3.4. Otras Modulaciones ..................................................................................................50

2.4. LA CAPA MAC.............................................................................................. 51 2.4.1. FUNCIÓN DE COORDINACIÓN DISTRIBUIDA ...........................................................................52

2.4.1.1. Protocolo de Acceso al Medio ...................................................................................52 Colisiones .............................................................................................................................. 54 MACA (MultiAccess Collision Avoidance)............................................................................. 56

2.4.1.2. NAV (Network Allocation Vector)..............................................................................57 2.4.1.3. Fragmentación Y Reensamblado ...............................................................................58

2.4.2. FUNCIÓN DE COORDINACIÓN PUNTUAL.................................................................................59 2.4.3. FORMATO DE TRAMA MAC ..................................................................................................59

2.4.3.1. Preámbulo ................................................................................................................60 2.4.3.2. Cabecera PLCP ........................................................................................................60 2.4.3.3. Datos MAC...............................................................................................................61

Control de Trama ................................................................................................................... 61 2.4.4. SERVICIOS BÁSICOS Y GESTIÓN DE MOVILIDAD ......................................................................62 2.4.5. GESTIÓN DE POTENCIA .........................................................................................................64 2.4.6. SINCRONIZACIÓN .................................................................................................................64

2.5. SEGURIDAD.................................................................................................. 65

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2.5.1. SSID ...................................................................................................................................65 2.5.2. FILTRADO DE DIRECCIONES MAC.........................................................................................66 2.5.3. WEP (WIRED EQUIVALENT PRIVACY) ..................................................................................67

2.5.3.1. Autenticación WEP ...................................................................................................67 Open System Authentication................................................................................................... 67 Shared Key Authentication ..................................................................................................... 68

2.5.3.2. Encriptación WEP.....................................................................................................69 2.5.3.3. Debilidades de WEP..................................................................................................69

2.5.4. WPA / WPA2 ......................................................................................................................70 2.5.4.1. Autenticación ............................................................................................................70

PSK (Pre-Shared Key) ............................................................................................................ 70 802.1x, EAP y RADIUS ......................................................................................................... 71

2.5.4.2. Encriptación WPA.....................................................................................................73 2.5.4.3. WPA2 .......................................................................................................................73 2.5.4.4. ¿Es WPA/WPA2 perfecto?.........................................................................................74

2.6. PRINCIPALES PROTOCOLOS DE LA FAMILIA IEEE 802.11 ................... 75

Capítulo 3: TECNOLOGÍA MIMO ............................................................... 77 3.1. INTRODUCCIÓN........................................................................................... 77 3.2. ANTECEDENTES DE MIMO........................................................................ 79

3.2.1. DIVERSIDAD ........................................................................................................................79 3.2.2. HISTORIA DE MIMO ............................................................................................................81

3.3. DEFINICIÓN DE MIMO................................................................................ 82 3.3.1. DIFERENCIAS CON UN SISTEMA “SMART ANTENNA” TÍPICO.....................................................82 3.3.2. USO INCORRECTO DEL TÉRMINO “MIMO” ............................................................................86

3.4. PRINCIPALES TÉCNICAS DE MIMO.......................................................... 87 3.4.1. DIVERSIDAD DE ANTENAS.....................................................................................................87

3.4.1.1. Diversidad de recepción............................................................................................87 3.4.1.2. Diversidad de transmisión.........................................................................................88

3.4.2. MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL O SPATIAL MULTIPLEXING (SM)...............................................90 3.4.3. PRECODING Y BEAMFORMING...............................................................................................91

3.5. FUNCIONAMIENTO DE MIMO................................................................... 92 3.5.1. PROPAGACIÓN MULTICAMINO. DISTORSIONES DEL CANAL RADIO...........................................92 3.5.2. CÓMO FUNCIONA MIMO......................................................................................................94 3.5.3. EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DE MIMO: WLAN QUE OPERA BAJO EL ESTÁNDAR 802.11N ..95

3.6. APLICACIONES Y BENEFICIOS DE MIMO ............................................... 97 3.6.1. APLICACIONES MIMO .........................................................................................................97 3.6.2. BENEFICIOS .........................................................................................................................97

3.7. TIPOS DE MIMO ......................................................................................... 100 3.7.1. SU-MIMO (O MULTI-ANTENNA MIMO).............................................................................100 3.7.2. MU-MIMO (O MULTI-USER & MULTI-ANTENNA MIMO) ..................................................100

3.7.2.1. Técnicas SDMA y otras técnicas MU-MIMO ...........................................................101 3.7.2.2. Clasificación de MU-MIMO....................................................................................102

Punto a Multipunto:.............................................................................................................. 102 Multipunto a Multipunto....................................................................................................... 102

3.8. BREVE DESCRIPCIÓN MATEMÁTICA DE MIMO .................................. 104

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Capítulo 4: POWER-OVER-ETHERNET (PoE)............................... 108 4.1. INTRODUCCIÓN......................................................................................... 108 4.2. IMPLEMENTACIONES ESTÁNDAR DE POE: IEEE 802.3AF .................. 110

4.2.1. ARQUITECTURA FÍSICA DE UN SISTEMA POE 802.3AF...........................................................110 4.2.2. ALIMENTACIÓN DEL PD .....................................................................................................114 4.2.3. ETAPAS PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN ENLACE POE 802.3AF ........................................116

4.2.1.1. Detección................................................................................................................117 4.2.1.2. Clasificación...........................................................................................................118 4.2.1.3. Arranque.................................................................................................................119 4.2.1.4. Alimentación...........................................................................................................119

4.2.4. INCONVENIENTES DE 802.3AF .............................................................................................120 4.2.5. UNA EXTENSIÓN DE 802.3AF: IEEE 802.3AT .......................................................................121

4.3. IMPLEMENTACIONES NO ESTÁNDAR DE POE .................................... 122

PARTE II: Proyecto Técnico para la Red de Área Local Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College

Sección 1: MEMORIA DESCRIPTIVA. PLIEGO DE CONDICIONES ..................................................................................................... 125 1.1. ANTECEDENTES........................................................................................ 126 1.2. OBJETO DEL PROYECTO.......................................................................... 128 1.3. LOCALIZACIÓN ......................................................................................... 129 1.4. DESCRIPCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO .................................................. 131 1.5. SITUACIÓN ACTUAL ................................................................................ 132

1.5.1. ARQUITECTURA LÓGICA Y FUNCIONAL................................................................................132 1.5.2. ARQUITECTURA FÍSICA .......................................................................................................135

1.6. REQUISITOS DEL CLIENTE...................................................................... 137 1.7. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA SOLUCIÓN INICIAL ADOPTADA ............. 139 1.8. PLAN DE ACTUACIÓN .............................................................................. 141

Sección 2: ACTUACIONES PREVIAS .............................................. 144 2.1. INTRODUCCIÓN......................................................................................... 144 2.2. INSPECCIÓN DEL LUGAR ........................................................................ 145 2.3. POTENCIA MÍNIMA RECIBIDA................................................................ 146

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2.4. MODELO DE PÉRDIDAS ........................................................................... 147 2.5. ESTUDIOS PREVIOS DE COBERTURA.................................................... 151

2.5.1. ESTUDIO DE COBERTURA TEÓRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO............................................151 2.5.2. ESTUDIO DE COBERTURA EMPÍRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO ..........................................152

2.6. CONCLUSIONES ........................................................................................ 153

Sección 3: DISEÑO DE LA WLAN ..................................................... 154 3.1. INTRODUCCIÓN......................................................................................... 155 3.2. MODELO DE REFERENCIA....................................................................... 156

3.2.1. CAPA FÍSICA ......................................................................................................................157 3.2.2. CAPA DE ENLACE ...............................................................................................................158

3.3. ARQUITECTURA LÓGICA ........................................................................ 159 3.4. ARQUITECTURA FÍSICA........................................................................... 161

3.4.1. DESCRIPCIÓN DE EQUIPAMIENTO ........................................................................................162 3.4.2. ETIQUETADO DEL EQUIPAMIENTO .......................................................................................163

3.5. LOCALIZACIÓN DE LOS EQUIPOS.......................................................... 165 3.5.1. LOCALIZACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO .........................................................................165 3.5.2. LOCALIZACIÓN DEL RESTO DE EQUIPOS ...............................................................................167

3.6. CONEXIONES ............................................................................................. 168 3.6.1. TABLAS DE CONEXIONES ....................................................................................................168 3.6.2. DETALLES DE CONEXIONES.................................................................................................169

3.6.2.1. Conexión del AP con el PoE Splitter........................................................................169 3.6.2.2. Conexión del PoE Splitter con el PoE Switch...........................................................170 3.6.2.3. Conexión del PoE Switch con el Switch Central.......................................................171

3.7. DIRECCIONAMIENTO ............................................................................... 172 3.8. SEGURIDAD................................................................................................ 175

Sección 4: CONFIGURACIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA WLAN .................................................................... 176 4.1. INTRODUCCIÓN......................................................................................... 177 4.2. CONFIGURACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO.................................. 178

4.2.1. CONFIGURACIÓN DE FÁBRICA POR DEFECTO ........................................................................178 4.2.2. CONEXIÓN AL PUNTO DE ACCESO ........................................................................................178 4.2.3. CONFIGURACIÓN DE PARÁMETROS BÁSICOS ........................................................................180 4.2.4. CONFIGURACIÓN DE LOS PARÁMETROS INALÁMBRICOS .......................................................180 4.2.5. CONFIGURACIÓN DE LA SEGURIDAD ....................................................................................182

4.3. INSTALACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO ....................................... 183 4.4. INSTALACIÓN DEL LOS SPLITTERS POE .............................................. 186 4.5. INSTALACIÓN DEL SWITCH POE............................................................ 188

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Sección 5: PRUEBAS DE VERIFICACIÓN ....................................... 190 5.1. INTRODUCCIÓN......................................................................................... 191 5.2. ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES DE LOS EQUIPOS ........................... 192 5.3. AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN.......................................................... 201 5.4. INTEGRACIÓN EN LA LAN DE DATOS................................................... 203 5.5. ROAMING O ITINERANCIA ENTRE CÉLULAS ...................................... 204 5.6. CONECTIVIDAD......................................................................................... 206 5.7. COBERTURA .............................................................................................. 208

Sección 6: ESTUDIO DE COBERTURA............................................. 209 6.1. INTRODUCCIÓN......................................................................................... 210

6.1.1. HARDWARE Y SOFTWARE EMPLEADO EN EL ESTUDIO ...........................................................210 6.1.2. PROCESO DE MEDIDAS ........................................................................................................213

6.2. PLANTA BAJA............................................................................................ 215 6.2.3. INFORMACIÓN GENERAL.....................................................................................................215 6.2.4. NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR ...........................................................................216 6.2.5. COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO ...........................................................................220 6.2.6. CONCLUSIONES..................................................................................................................223

6.3. PLANTA PRIMERA..................................................................................... 224 6.3.1. INFORMACIÓN GENERAL ....................................................................................................224 6.3.2. NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR ...........................................................................225 6.3.3. COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO ...........................................................................229 6.3.4. CONCLUSIONES..................................................................................................................232

6.4. PLANTA SEGUNDA ................................................................................... 233 6.4.1. INFORMACIÓN GENERAL ....................................................................................................233 6.4.2. NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR ...........................................................................234 6.4.3. COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO ...........................................................................238 6.4.4. CONCLUSIONES..................................................................................................................241

Sección 7: PLANOS ............................................................................. 242

Sección 8: ANEXOS ............................................................................. 244 8.1. ANEXO A: HARDWARE EMPLEADO ...................................................... 245

8.1.1. PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX™ WPN802........................................................245 Características principales: ....................................................................................245 Especificaciones técnicas ........................................................................................246

8.1.2. POE SWITCH ZYXEL ES-2024 PWR ..................................................................................247 Especificaciones técnicas ........................................................................................248

8.1.3. POE SPLITTER LEVELONE POS-1000..................................................................................249 Especificaciones técnicas ........................................................................................249

8.2. ANEXO B: PRESUPUESTO ECONÓMICO................................................ 251 8.3. ANEXO C: REPORTAJE FOTOGRÁFICO.................................................. 252

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Conclusiones ......................................................................................... 257 Bibliografía y Referencias.................................................................... 260 Glosario de términos ............................................................................ 266

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Lista de ilustraciones y figuras


ILUSTRACIÓN 1-1: COMPARATIVA DISTINTOS TIPOS DE REDES SEGÚN COBERTURA Y VELOCIDAD ..............5 ILUSTRACIÓN 1-2: COMPARACIÓN DE LAS DISTINTAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS EN CUANTO A

MOVILIDAD Y VELOCIDAD ............................................................................................................11 ILUSTRACIÓN 1-3: ARQUITECTURA DEL PROYECTO TEBATREN APLICADO AL METRO DE MADRID .......21

ILUSTRACIÓN 2-1: ESTÁNDARES IEEE 802 ...........................................................................................26 ILUSTRACIÓN 2-2: ARQUITECTURA LÓGICA-FUNCIONAL DE IEEE 802.11 ...............................................28 ILUSTRACIÓN 2-3: ADAPTADORES INALÁMBRICOS ................................................................................29 ILUSTRACIÓN 2-4: MODELO OSI Y FAMILIA IEEE 802.11 .....................................................................30 ILUSTRACIÓN 2-5: MODELO DE REFERENCIA DETALLADO DE IEEE 802.11.............................................31 ILUSTRACIÓN 2-6: MODO AD HOC CON 2 ESTACIONES...........................................................................32 ILUSTRACIÓN 2-7: MODO AD HOC CON 4 ESTACIONES ..........................................................................32 ILUSTRACIÓN 2-8: MODO INFRAESTRUCTURA O BSS.............................................................................33 ILUSTRACIÓN 2-9: MODO ESS..............................................................................................................34 ILUSTRACIÓN 2-10: DIAGRAMA DESCRIPTIVO DE LA CAPA IEEE 802.11 Y SUS EXTENSIONES ..................35 ILUSTRACIÓN 2-11: FUNCIONAMIENTO FHSS .......................................................................................39 ILUSTRACIÓN 2-12: PROCEDIMIENTO DE ENSANCHADO. ........................................................................40 ILUSTRACIÓN 2-13: PROCESO DE CODIFICACIÓN....................................................................................41 ILUSTRACIÓN 2-14: ESQUEMA DEL TRANSMISOR DSSS .........................................................................41 ILUSTRACIÓN 2-15: EFECTO DEL ENSANCHADO SOBRE EL RUIDO. ..........................................................42 ILUSTRACIÓN 2-16: ESQUEMA DE UN RECEPTOR DSSS..........................................................................42 ILUSTRACIÓN 2-17: FUNCIONAMIENTO DSSS .......................................................................................43 ILUSTRACIÓN 2-18: DISTRIBUICIÓN DE CANALES DSSS.........................................................................44 ILUSTRACIÓN 2-19: CANALES NO SOLAPADOS .......................................................................................44 ILUSTRACIÓN 2-20: DISTRIBUCIÓN DE CELDAS Y CANALES ....................................................................45 ILUSTRACIÓN 2-21: SUBPORTADORAS ORTOGONALES DE OFDM...........................................................45 ILUSTRACIÓN 2-22: SEÑALES 2-GFSK..................................................................................................48

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ILUSTRACIÓN 2-23: SEÑALES 4-GFSK..................................................................................................48 ILUSTRACIÓN 2-24: MODULADOR DQPSK-CCK...................................................................................50 ILUSTRACIÓN 2-25: MODELO DE REFERENCIA DE LA CAPA MAC ...........................................................51 ILUSTRACIÓN 2-26: FUNCIONAMIENTO DE CSMA/CA...........................................................................53 ILUSTRACIÓN 2-27: PROBLEMA DE LA ESTACIÓN OCULTA......................................................................56 ILUSTRACIÓN 2-28: INTERCAMBIO DE MENSAJES RTS/CTS ...................................................................57 ILUSTRACIÓN 2-29: NAV.....................................................................................................................58 ILUSTRACIÓN 2-30: FORMATO DE UNA TRAMA IEEE 802.11 GENÉRICA..................................................60 ILUSTRACIÓN 2-31: FORMATO DE UNA TRAMA MAC GENÉRICA ............................................................61 ILUSTRACIÓN 2-32: CONTENIDO DEL CAMPO CONTROL DE TRAMA ........................................................61 ILUSTRACIÓN 2-33: NIVELES DE SEGURIDAD EN UNA WLAN.................................................................65 ILUSTRACIÓN 2-34: OPEN SYSTEM AUTHENTICATION............................................................................68 ILUSTRACIÓN 2-35: SHARED KEY AUTHENTICATION .............................................................................68 ILUSTRACIÓN 2-36: ARQUITECTURA FUNCIONAL DEL PROTOCOLO 802.1X..............................................72 ILUSTRACIÓN 2-37: DIÁLOGO EAPOL – RADIUS ................................................................................72 ILUSTRACIÓN 3-1: 802.11N, LA CUARTA GENERACIÓN DE WLANS. .......................................................78 ILUSTRACIÓN 3-2: DIAGRAMAS DE LOS SISTEMAS SISO, MISO Y SIMO RESPECTIVAMENTE...................80 ILUSTRACIÓN 3-3: DIAGRAMA DE UN SISTEMA MIMO...........................................................................80 ILUSTRACIÓN 3-4: SISTEMA MISO: DIVERSIDAD EN TRANSMISIÓN Y BEAMFORMING ..............................84 ILUSTRACIÓN 3-5: SISTEMA SIMO: DIVERSIDAD EN RECEPCIÓN.............................................................84 ILUSTRACIÓN 3-6: TÍPICO SISTEMA SMART ANTENNA CON DIVERSIDAD EN TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN Y

BEAMFORMING.............................................................................................................................85 ILUSTRACIÓN 3-7: SISTEMA MIMO ......................................................................................................85 ILUSTRACIÓN 3-8: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR SELECCIÓN ...................................87 ILUSTRACIÓN 3-9: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR CONMUTACIÓN .............................88 ILUSTRACIÓN 3-10: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR COMBINACIÓN ............................88 ILUSTRACIÓN 3-11: DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN TRANSMISOR CON CODIFICADOR ESPACIO-TIEMPO ...89 ILUSTRACIÓN 3-12: MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL...................................................................................90 ILUSTRACIÓN 3-13: LAS SEÑALES MULTICAMINO QUE LLEGUEN LIGERAMENTE DESFASADAS CREARÁN

UNA SEÑAL MÁS DÉBIL AL COMBINARSE CON LA SEÑAL PRIMARIA EN EL RECEPTOR ........................92 ILUSTRACIÓN 3-14: LAS SEÑALES MULTICAMINO QUE LLEGUEN CON UN DESFASE DE 180º CANCELARÁN

COMPLETAMENTE A LA SEÑAL PRIMARIA. ......................................................................................93 ILUSTRACIÓN 3-15: DISTORSIONES PRESENTES EN EL CANAL INALÁMBRICO ...........................................93 ILUSTRACIÓN 3-16: ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA MIMO............................................................94 ILUSTRACIÓN 3-17: EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DE MIMO EN UNA WLAN QUE OPERA CON EL

ESTÁNDAR 802.11N......................................................................................................................96 ILUSTRACIÓN 3-18: CONCEPTO BÁSICO DE MU-MIMO.......................................................................101 ILUSTRACIÓN 3-19: MODELO DE UN CANAL MIMO.............................................................................104

ILUSTRACIÓN 4-1: EJEMPLO DE SISTEMA POE CON UN PSE ENDPOINT..................................................111 ILUSTRACIÓN 4-2: EJEMPLO DE SISTEMA POE CON PSE MIDSPAN ........................................................112 ILUSTRACIÓN 4-3: CONECTOR RJ45 ...................................................................................................112 ILUSTRACIÓN 4-4: PINES DE UN CABLE CAT5 RJ45..............................................................................113 ILUSTRACIÓN 4-5: ALTERNATIVA A. ENDSPAN. ALIMENTACIÓN POR LOS PARES DE DATOS ...................114 ILUSTRACIÓN 4-6: ALTERNATIVA B. MIDSPAN. ALIMENTACIÓN POR LOS PARES LIBRES........................115 ILUSTRACIÓN 4-7: TÍPICO FRONT-END DE UN PD COMPATIBLE CON POE 802.3AF .................................116 ILUSTRACIÓN 4-8: PROCESOS DE DETECCIÓN, CLASIFICACIÓN Y ALIMENTACIÓN DE UN PD SEGÚN EL

ESTÁNDAR 802.3AF ....................................................................................................................117 ILUSTRACIÓN 4-9: MÉTODO DE DETECCIÓN PROPIETARIO DE CISCO PARA POWER-OVER-ETHERNET......122 ILUSTRACIÓN 4-10: FRONT-END DE UN PD QUE SOPORTA LA SOLUCIÓN PROPIETARIA DE CISCO PARA POE

Y EL ESTÁNDAR IEEE 802.3AF....................................................................................................123

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FIGURA 1-1: LOGOTIPO Y SEDE SOCIAL DE TCNS ................................................................................126 FIGURA 1-2: LOGOTIPO DE WLTC ......................................................................................................127 FIGURA 1-3: LOCALIZACIÓN DEL REINO UNIDO ...................................................................................129 FIGURA 1-4: LOCALIZACIÓN DE BIRMINGHAM (REINO UNIDO) .............................................................130 FIGURA 1-5: LOCALIZACIÓN DE WHEELERS LANE TECHNOLOGY COLLAGE ..........................................130 FIGURA 1-6: ARQUITECTURA LÓGICA DE LA LAN ACTUAL DE WLTC ..................................................132 FIGURA 1-7: ARQUITECTURA LÓGICA DE LA LAN DE DATOS DE WLTC AL DETALLE.............................134 FIGURA 1-8: ARMARIOS DE CABLEADO DE ICT SERVER ROOM.............................................................136 FIGURA 1-9: DETALLE DE LAS ROSETAS DE CONEXIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO, CERCANAS AL FALSO

TECHO .......................................................................................................................................138 FIGURA 3-1: MODELO DE REFERENCIA DE LA WLAN DE WLTC ..........................................................156 FIGURA 3-2: ARQUITECTURA LÓGICA DE RED DE LA WLAN DE WLTC, INTEGRADA EN LA LAN DE DATOS

.................................................................................................................................................159 FIGURA 3-3: INTEGRACIÓN LÓGICA DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS DE WLTC .............................160 FIGURA 3-4: ARQUITECTURA FÍSICA DE RED DE LA WLAN DE WLTC, INTEGRADA EN LA LAN DE DATOS

.................................................................................................................................................161 FIGURA 3-6: LOCALIZACIÓN DEL POE SWITCH EN LOS RACKS DE LA ICT SERVER ROOM.......................167 FIGURA 3-7: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SPLITTER CON AL AP NO COMPATIBLE CON POE ............170 FIGURA 3-8: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SPLITTER CON EL POE SWITCH ......................................171 FIGURA 3-9: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SWITCH CON EL SWITCH CENTRAL ................................171 FIGURA 4-1: ASPECTO DE LA PÁGINA DE CONFIGURACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO ..........................179 FIGURA 4-2: DETALLE DEL PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN082 ...................................183 FIGURA 4-3: DETALLE DE LAS ABRAZADERAS......................................................................................184 FIGURA 4-4: DETALLE DE LOS ORIFICIOS DE LOS BORDES DEL PUNTO DE ACCESO ..................................184 FIGURA 4-5: DETALLE DE LA INSTALACIÓN DE LAS ABRAZADERAS EN LOS ORIFICIOS DEL PUNTO DE

ACCESO .....................................................................................................................................184 FIGURA 4-6: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO A LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DEL

FALSO TECHO .............................................................................................................................185 FIGURA 4-7: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS SPLITTERS A LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DEL FALSO

TECHO .......................................................................................................................................186 FIGURA 4-8: DETALLE DEL CONEXIONADO DEL POE SPLITTER CON LA ROSETA DE CONEXIÓN ...............187 FIGURA 4-9: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS ANCLAJES AL SWITCH ....................................................188 FIGURA 4-10: DETALLE DE LA FIJACIÓN DEL SWITCH AL RACK .............................................................189 FIGURA 5-1: MODIFICACIÓN DE LA ARQUITECTURA LÓGICA DE LA RED.................................................195 FIGURA 5-2: MODIFICACIÓN DE LA ARQUITECTURA FÍSICA DE LA RED ..................................................196 FIGURA 5-3: LOCALIZACIÓN DE LOS POE SWITCHES EN LOS RACKS DE LA ICT SERVER ROOM ..............197 FIGURA 5-4: DETALLE DE CONEXIÓN DE LOS POE SWITCHES CON EL SWITCH CENTRAL ........................199 FIGURA 6-1: ASPECTO DE LA APLICACIÓN INTEL PROSET/WIRELESS EN EJECUCIÓN .............................211 FIGURA 6-2: ASPECTO DE LA APLICACIÓN VISIT WAVE SITE SURVEY EN EJECUCIÓN .............................212 FIGURA 6-3: ASPECTO DE VISIT WAVE SITE REPORT EN EJECUCIÓN .....................................................213 FIGURA 6-4: PROCESO DE RECOLECCIÓN DE DATOS ..............................................................................214 FIGURA 6-5: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL DE LA PLANTA BAJA .........................................................217 FIGURA 6-6: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA BAJA .........................................................218 FIGURA 6-7: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA BAJA ...........219 FIGURA 6-8: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA BAJA CON UN UMBRAL DE -72DBM......220 FIGURA 6-9: COBERTURA DE AP1 EN LA PLANTA BAJA ........................................................................221 FIGURA 6-10: COBERTURA DE AP2 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................221 FIGURA 6-11: COBERTURA DE AP3 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................221 FIGURA 6-12: COBERTURA DE AP4 EN LA PLANTA BAJA ......................................................................221 FIGURA 6-13: COBERTURA DE AP5 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................222 FIGURA 6-14: COBERTURA DE AP6 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................222

- xi -

FIGURA 6-15: COBERTURA DE AP7 EN LA PLANTA BAJA ......................................................................222 FIGURA 6-16: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA BAJA......................................................222 FIGURA 6-17: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL EN LA PLANTA PRIMERA .................................................226 FIGURA 6-18: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA PRIMERA .................................................227 FIGURA 6-19: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA PRIMERA....228 FIGURA 6-20: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA BAJA CON UN UMBRAL DE -72DBM ...229 FIGURA 6-21: COBERTURA DE AP8 EN LA PLANTA PRIMERA.................................................................230 FIGURA 6-22: COBERTURA DE AP9 EN LA PLANTA PRIMERA.................................................................230 FIGURA 6-23: COBERTURA DE AP10 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................230 FIGURA 6-24: COBERTURA DE AP11 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................230 FIGURA 6-25: COBERTURA DE AP12 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................231 FIGURA 6-26: COBERTURA DE AP13 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................231 FIGURA 6-27: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA PRIMERA ................................................231 FIGURA 6-28: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL EN LA PLANTA SEGUNDA ................................................235 FIGURA 6-29: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA SEGUNDA ................................................236 FIGURA 6-30: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA SEGUNDA...237 FIGURA 6-31: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA SEGUNDA CON UMBRAL DE -72DBM ..238 FIGURA 6-32: COBERTURA DE AP14 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................239 FIGURA 6-33: COBERTURA DE AP15 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................239 FIGURA 6-34: COBERTURA DE AP16 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................239 FIGURA 6-35: COBERTURA DE AP17 EN LA PLANTA SEGUNDA ..............................................................239 FIGURA 6-36: COBERTURA DE AP18 EN LA PLANTA SEGUNDA ..............................................................240 FIGURA 6-37: COBERTURA DE AP19 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................240 FIGURA 6-38: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA SEGUNDA ...............................................240 FIGURA 8-1: PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN802.....................................................245 FIGURA 8-2: PANEL TRASERO DEL PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN802......................246 FIGURA 8-3: POE SWITCH ZYXEL ES-2024PWR................................................................................247 FIGURA 8-4: PANEL FRONTAL DEL POE SWITCH ZYXEL ES-2024PWR................................................247 FIGURA 8-5: POE SPLITTER LEVELONE POS-1000 ..............................................................................249

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Lista de tablas


TABLA 1-1: COMPARATIVA ENTRE LOS DISTINTOS TIPOS DE REDES ...........................................................5 TABLA 1-2: PRINCIPALES ESTÁNDARES DE LA FAMILIA IEEE 802.11.........................................................6 TABLA 1-3: CARACTERÍSTICAS DE HOMERF ............................................................................................8 TABLA 1-4: COMPARACIÓN ENTRE WI-FI Y WIMAX .............................................................................10 TABLA 1-5: EVOLUCIÓN DE LA NORMA 802.11.......................................................................................18 TABLA 1-6: COMPARATIVA WLAN - LAN CABLEADAS .........................................................................24 TABLA 2-1: BANDA 2.4GHZ SEGÚN LA REGIÓN ITU-R...........................................................................36 TABLA 2-2: TABLA COMPARATIVA DE TÉCNICAS DE PROPAGACIÓN.........................................................46 TABLA 2-3: PRINCIPALES ESTÁNDARES DE LA FAMILIA IEEE 802.11 ......................................................76 TABLA 3-1: EVOLUCIÓN DE MIMO .......................................................................................................81 TABLA 4-1: FASES PARA LA ALIMENTACIÓN POE DE UN PD COMPATIBLE CON IEEE 802.3AF ................117 TABLA 4-2: CLASES DE PDS SEGÚN CONSUMO DE POTENCIA DEL ESTÁNDAR IEEE 802.3AF...................119


TABLA 2-1: TABLA DE SENSIBILIDADES DEL RECEPTOR DE NETGEAR SEGÚN LA VELOCIDAD ..................146 TABLA 2-2: PÉRDIDAS SEGÚN EL TIPO DE PARED ATRAVESADA .............................................................148 TABLA 2-3: MEDIDAS PARA CARACTERIZAR EL COEFICIENTE K ............................................................149 TABLA 3-1: LISTA DE EQUIPOS NECESARIOS.........................................................................................162 TABLA 3-2: TABLA DE ETIQUETADO DE LOS EQUIPOS .........................................................................163

- xiii -

TABLA 3-3: TABLA DE ASIGNACIÓN DE CANALES A LOS PUNTOS DE ACCESO .....................................166 TABLA 3-4: TABLA DE CONEXIONES DE LOS PUNTOS DE ACCESO .......................................................168 TABLA 3-5: TABLA DE CONEXIONES DEL PANEL DE CONEXIONES .......................................................169 TABLA 3-6: TABLA DE CONEXIONES DEL POE SWITCH ........................................................................169 TABLA 3-7: TABLA DE DIRECCIONES IP DE LOS PUNTOS DE ACCESO ...................................................173 TABLA 4-1: PARÁMETROS DE FÁBRICA DE NETGEAR RANGEMAX WPN802 ACCESS POINT...................178 TABLA 5-1: PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES....................................................................192 TABLA 5-2: NUEVAS PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES ......................................................200 TABLA 5-3: PRUEBAS DE AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN...................................................................201 TABLA 5-4: PRUEBAS DE INTEGRACIÓN DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS .......................................203 TABLA 5-5: PRUEBAS DE ROAMING ....................................................................................................204 TABLA 5-6: PRUEBAS DE CONECTIVIDAD ............................................................................................206 TABLA 5-7: PRUEBAS DE COBERTURA.................................................................................................208 TABLA 6-1: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA BAJA ....................................................216 TABLA 6-2: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA PRIMERA ...............................................225 TABLA 6-3: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA SEGUNDA ..............................................234 TABLA 8-1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS NETGEAR RANGEMAX WPN802..........................................247 TABLA 8-2: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ZYXEL ES-2024PWR.........................................................249 TABLA 8-3: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS LEVELONE POS-1000..........................................................250 TABLA 8-4: PRESUPUESTO ..................................................................................................................251

Prólogo

1

Prólogo

El presente Proyecto Fin de Carrera “Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College” intenta ser un completo estudio de las redes inalámbricas de área local en general, y de la tan arraigada familia de protocolos IEEE 802.11 (más popularmente conocido como WiFi) en particular.

Subrayar que, si bien es cierto que se ha pretendido huir de un tratamiento

excesivo de una terminología científica-ingenieril complicada, resulta necesario el conocimiento de algunos conceptos básicos en el campo de las telecomunicaciones para una óptima comprensión de esta edición.

Hemos estructurado el documento en dos partes bien diferenciadas, pero a su vez complementarias. La primera parte se dedica a la exposición teórica del estado del arte en cuestión, con el objetivo de aportar una visión general de este tipo de redes. Está estructurada en capítulos, y comienza repasando el concepto de red inalámbrica, haciendo una clasificación de éstas, y enumerando las principales tecnologías que las implementan.

Continuamos la disertación centrándonos en aquellas redes sin cables que se

extienden hasta la centena de metros, denominadas WLAN (Wireless Local Area Network) o Redes de Área Local Inalámbricas. La familia IEEE 802.11 es su especificación más representativa y extendida, por lo que profundizamos en ésta, destinando íntegramente un capítulo de nuestro Proyecto a la descripción pormenorizada de su arquitectura, su nivel físico y su nivel de enlace.

Prólogo

2

Además, incluimos dos apartados más para la ilustración de dos técnicas que usualmente se aplican a este campo como son MIMO (Multiple In, Multiple Out) y PoE (Power-over-Ethernet), y que también nosotros utilizaremos en la siguiente parte.

Por otro lado, la segunda parte representa un ejemplo de aplicación práctica de todo lo expuesto teóricamente en la primera parte. Se trata del documento técnico del proyecto de red inalámbrica de área local de un centro de enseñanza de Birmingham (Reino Unido), elaborado durante mi periodo de prácticas laborales cursado en TCNS Limited, empresa responsable de dicho proyecto. En él se detallan todos los procesos seguidos en el diseño, instalación, configuración, puesta en marcha y verificación de la WLAN en estudio. Mención especial merece el estudio de cobertura realizado, el cual nos da una idea aproximada del nivel de señal recibido en las distintas zonas del edificio.

En cuanto a estructura, resaltar que este estudio práctico está organizado en

secciones, y no en capítulos, para diferenciarlas del carácter teórico que adquieren los apartados de la primera parte.

Nuestro Proyecto Fin de Carrera termina con un apartado de conclusiones, otro

de referencias bibliográficas, y finalmente un pequeño glosario de acrónimos utilizados a lo largo del documento.

PPaarrttee II

Estudio Teórico de las Redes de Área Local

Inalámbricas

Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College

Parte I: Estudio teórico

Capítulo 1: Introducción a las redes inalámbricas

4

Capítulo 1 Introducción a las WLANs 1.1. Las Redes Inalámbricas

Una red inalámbrica es un sistema de comunicaciones de datos que transmite y recibe la información sin necesidad de la utilización de cables como medio físico de transmisión. En lugar del par trenzado, coaxial o fibra óptica utilizados en las redes cableadas convencionales, una red inalámbrica utiliza ondas electromagnéticas para ello. No necesitan medio físico guiado sino que mediante la modulación de la portadora de radio los datos son transportados de un emisor a un receptor a través del aire. Y todo esto se realiza de una manera transparente al usuario.

Las redes inalámbricas, al igual que las redes cableadas, se pueden clasificar en

tres grandes grupos dependiendo de la distancia a la que den cobertura:

WWAN/WMAN (Wireless Wide Area Network/ Wireless Metropolitan Area Network): engloba a las redes que cubren desde decenas hasta miles de kilómetros. Son típicamente redes celulares, como UMTS, GPRS o WiMax.

WLAN (Wireless Local Area Network): redes que cubren desde varios metros hasta centenas de metros. Tecnologías HiperLAN2 (ETSI) o Wi-Fi (familia 802.11 del IEEE). Esta categoría será el centro de nuestro estudio.




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WPAN (Wireless Personal Area Network): redes que llegan hasta la decena de metros. Encajarían en esta categoría tecnologías como IrDA, HomeRF, Bluetooth, ZigBee, o RFID.

En la siguiente gráfica vemos una comparativa de las distintas categorías de redes según la distancia de cobertura y la velocidad de transmisión. Con la tabla ampliamos la comparativa:

Ilustración 1-1: Comparativa distintos tipos de redes según cobertura y velocidad

WWAN WLAN

(año 97) WLAN

(año 99) WPAN

Estándar GSM/GPRS/UMTS IEEE 802.11 IEEE 802.11a IEEE 802.11b

Bluetooth

Velocidad 9,6/170/2000 Kbps 1-2 Mbps 11-54 Mbps 721 Kbps

Frecuencia 0,9/1,8/2,1 GHz 2,4 GHz e Infrarrojos 2,4 y 5 GHz 2,4 GHz

Cobertura 35 Km 150 m 70 m 10 m

Técnica radio Varias FHSS y DSSS DSSS FHSS

Itinerancia (roaming)

Sí No Sí No

Equivalente a Conexión telefónica (módem)

LAN de baja velocidad

LAN de media-alta velocidad

Cables de conexión

Tabla 1-1: Comparativa entre los distintos tipos de redes

En este capítulo describiremos brevemente las principales tecnologías y estándares de redes inalámbricas existentes actualmente. En particular nos concentraremos en las WLAN, de las cuales repasaremos sus principios básicos, conoceremos su historia, veremos sus principales aplicaciones y destacaremos sus ventajas e inconvenientes. Para acabar la sección hablaremos de los efectos que tiene en la salud la radiación de ondas provocada por estas redes.




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1.2. Tecnologías y Estándares Inalámbricos Hoy en día, existe en el mercado una gran cantidad de posibilidades para

implementar una red inalámbrica, las cuales se agrupan en diferentes tipos de estándares y tecnologías. Cada una de estas tecnologías tiene sus propias características que la hacen adecuada para un tipo de aplicación u otra. De la misma forma, también existen distintas tecnologías aplicables al mismo tipo de uso y que coexisten debido a que han sido promovidas desde diferentes organismos de estandarización.

A continuación vamos a describir las más significativas, y las que han logrado

una mayor penetración en el mercado.

1.2.1. Familia IEEE 802.11 (Wi-Fi) Por ser el sistema más extendido, llegando a ser un estándar de facto [1-1] para

redes inalámbricas, y por ser además la tecnología que nosotros emplearemos en la realización de este proyecto, dedicaremos el siguiente capítulo a describirlo con todo detalle. A modo de preámbulo incluimos esta tabla resumen con los principales estándares de la familia y sus principales características.

Estándar

802.11b

802.11a

802.11g

Finalización 1999 2002 2003 Banda de frecuencias 2,4 GHz 5 GHz 2,4 GHz Tasa máxima 11 Mbit/s 54 Mbit/s 54 Mbit/s Interfaz aire DSSS/FHSS OFDM OFDM

Tabla 1-2: Principales estándares de la familia IEEE 802.11

1.2.2. HiperLan (High Performance Radio LAN) Es un estándar del ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

creado en 1997 con el objetivo de desarrollar velocidades de transferencia mayores que 802.11, de hasta 25Mbps. HiperLan es compatible con 802.11a, ya que trabaja a 5 GHz, reduciendo así el problema de interferencias que tiene la saturada banda ISM de




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2.4Ghz. Con HiperLan se busca conseguir WLANs de alta capacidad y baja movilidad en un entorno reducido que no supere los 50m.

1.2.3. HiperLAN/2 (High Performance Radio LAN/2) Es una variante de HiperLan que fue diseñada como una conexión inalámbrica

rápida para muchos tipos de redes, por ejemplo, la red backbone de UMTS o redes ATM. También funciona como una red doméstica como HIPERLAN/1 pero incorpora toda una serie de características adicionales como son la orientación a conexión, QoS (Quality of Service, Calidad de Servicio), búsqueda automática de la frecuencia a utilizar (similar a los teléfonos móviles) y elevada velocidad de transmisión (puede llegar hasta 54 Mbps). Esta tecnología opera sobre la banda de frecuencia de los 5 GHz y utiliza el método de modulación OFDM al igual que ocurre con el estándar 802.11a, contando también con un radio de alcance similar.

1.2.4. DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), o Telecomunicaciones

Inalámbricas Mejoradas Digitalmente es un estándar ETSI para teléfonos inalámbricos digitales conectados a una base.

Un teléfono DECT es parecido a un terminal celular GSM, con la diferencia de

que el radio de operación de los primeros es de 25 a 100 metros, mientras que GSM alcanza hasta los 10 kilómetros. Este estándar trabaja a 1’9Ghz y su velocidad de transferencia es de 32 Kbps; utiliza FDMA y TDD, mientras que la potencia emitida desde el dispositivo portátil, así como la base es de 100mW. Es comúnmente utilizado con propósitos domésticos y/o corporativos.

1.2.5. IrDA Infrared Data Association (IrDA) define un estándar físico para la transmisión y

recepción de datos a través de rayos infrarrojos. No es una técnica muy usada ya que no pueden traspasar objetos opacos, por lo que necesitan que la comunicación tenga línea de visión directa. Esta tecnología fue pensada para redes personales de área reducida y ocasionalmente en algunas LANs específicas. No es práctico para redes de usuarios móviles por lo que únicamente se implementa en subredes fijas. Además, su




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uso no está regulado por ningún organismo. Su mayor aplicación es en ordenadores portátiles.

1.2.6. HomeRF La idea de este estándar se basa en el teléfono inalámbrico digital mejorado

(Digital Enhaced Cordless Telephone, DECT). Los creadores de este estándar pretendían diseñar un aparato central en cada casa que conectara los teléfonos y además proporcionar un ancho de banda de datos entre las computadoras.

HomeRF transporta voz y datos por separado, al contrario que protocolos como

Wi-Fi que transporta la voz como una forma de datos. Trabaja a 2’4Ghz pero cuenta con un método de salto de frecuencia (SWAP) para no interferir con conexiones Bluetooth. Su alcance es de 50 metros aproximadamente. Cabe resaltar que el estándar HomeRF posee multitud de capacidades de voz (identificador de llamadas, llamadas en espera, regreso de llamadas e intercomunicación dentro del hogar).

HomeRF

HomeRF2

Modulación FSK FSK Banda de frecuencias 2,4 GHz 2,4 GHz Tasa máxima 1’6 Mbps 10 Mbps Canales 75 de 1Mhz 15 de 5Mhz

Tabla 1-3: Características de HomeRF

1.2.7. Bluetooth Bluetooth es un enlace radio de corto alcance que aparece asociado a las Redes

de Área Personal Inalámbricas (WPAN). Este concepto hace referencia a una red sin cables que se extiende a un espacio de funcionamiento personal con un radio de hasta 10 metros. Bluetooth trabaja en el rango de frecuencias de 2,402 GHz a 2,480 GHz (Banda ISM). Los terminales pueden estar en movimiento y no tener línea de vista entre sí; además, las velocidades de transmisión oscilan entre 720kbps y 1 Mbps.

El estándar es un cruce entre las tecnologías DECT (Digital European Cordless

Telephone) y el iRDA(infra Red Data Association). La principal aplicación del Blueetooth es la de conectar entre sí equipos informáticos y de comunicación portátil y móvil, como ordenadores, PDAs, impresoras, ratones, micrófonos, auriculares, lectores




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de código de barras, sensores, displays, localizadores, teléfonos móviles y otros dispositivos de electrónica de consumo. El objetivo es que todos estos equipos se puedan comunicar e interoperar entre sí sin interferencias.

1.2.8. Zigbee ZigBee es una alianza sin ánimo de lucro de 25 empresas, la mayoría de ellas

fabricantes de semiconductores, con la finalidad de promover el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica bidireccional de bajo coste vía radio, para usarla en dispositivos de domótica, automatización de edificios (inmótica), control industrial, periféricos de PC o sensores médicos.

Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para

cubrir el vacío que se produce por debajo del Bluetooth. Tiene velocidades comprendidas entre 20Kbps y 250Kbps y rangos de 10 m a 75 m. Puede usar las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos (frente a los 8 de Bluetooth), los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas.

Los módulos ZigBee están pensados para ser los transmisores inalámbricos

más baratos producidos de forma masiva. Con un coste estimado alrededor de los 2 euros dispondrán de una antena integrada, control de frecuencia y una pequeña batería (dos pilas AA).

1.2.9. WiMAX WiMAX (del inglés Worldwide Interoperability for Microwave Access,

Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas) es un estándar de transmisión inalámbrica de datos (IEEE 802.16) que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 50 km de radio (WMAN) sin necesidad de visión directa con las estaciones base. Funciona por debajo de los 11 GHz y alcanza velocidades de hasta 70 Mbps

Sus principales características son:

Se obtiene mayor ancho de banda en distancias mayores (hasta 50 km) permitiendo por tanto mayores coberturas. Además no requiere de visión directa.




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Sistema escalable. El sistema está diseñado para que escale a varios cientos de usuarios cómodamente y además permite un uso flexible de frecuencias para poderse adaptar a cualquier tipo de legislación.

Aporta mecanismos de QoS.

La gran expectación que ha creado este estándar se debe a que permite hacer un despliegue de cobertura en zonas metropilitanas, como, por ejemplo, ciudades.

Estándar

Wi-Fi

WiMAX

Cobertura Radio de hasta 100m Radio de hasta 50Km Frecuencia 2,4 GHz 5 GHz Escalabilidad BW canal fijado a 20Mhz BW canal flexible: [1’5Mhz-20Mhz] Reutilización de frecuencias

No Sí

Escenario Interiores Exteriores Tasa de transferencia 2’7bps/Hz

54Mbps @ canal 20Mhz 5bps/Hz

100Mbps @ canal 20Mhz Modulación 64 OFDM 256 OFDM QoS No Sí

Tabla 1-4: Comparación entre Wi-Fi y WiMAX

Además de estos estándares, vamos a describir también los principales

estándares inalámbricos utilizados en comunicaciones móviles. Como puede observarse en la ilustración 2, los rangos de actuación de las

distintas tecnologías inalámbricas son distintos si atendemos a características como la velocidad de transmisión o la movilidad permitida. Aunque las tecnologías de telefonía móvil y las WLANs/WPANs son por definición tecnologías inalámbricas, sus diferencias son significativas. Tal y como se muestra, se diferencian significativamente debido a dos factores: el nivel de movilidad y la velocidad de transferencia de datos.




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Ilustración 1-2: Comparación de las distintas tecnologías inalámbricas en cuanto a movilidad y velocidad

Veamos las características más destacadas de las principales tecnologías de

telefonía móvil.

1.2.10. GSM (Global System for Mobile communications)

GSM (Global System for Mobile communications, Sistema Global para

Comunicaciones Móviles) es probablemente uno de los mayores éxitos del mundo de las telecomunicaciones. Es difícil poner en duda esta afirmación cuando hay en el mundo más de 1.000 millones de personas usando esta tecnología y esto en el plazo de 10 años. GSM representa actualmente más del 80% de la telefonía móvil a nivel mundial y es sin duda el estándar más representativo de los conocidos como sistemas de Segunda Generación (2G). Fue creado en 1990 por el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) con el objetivo de presentar una tecnología eficiente, con cobertura internacional y que permitiera obtener un mercado abierto y extenso como el actual.

Sus principales características son:

Baja tasa de transferencia de datos y fax, tan sólo 9.6Kbps.

Área de cobertura de la célula limitada por la distancia de reutilización de frecuencias, por lo que en áreas muy pobladas, con una alta densidad de células, esta área es pequeña.




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Gran movilidad, permitiendo en algunas circunstancias velocidades cercanas a los 200 Km/h.

Dos zonas del espectro posibles para su uso. Inicialmente la banda de 900 MHz y posteriormente la de 1800 MHz, también conocida como DCS-1800. Es interesante resaltar que las bandas en las que operan los sistemas de comunicaciones móviles, tanto en el caso de GSM como en el caso de sus estándares sucesores, son bandas con licencia.

1.2.11. GPRS (General Packet Radio System) Es la llamada generación 2’5 de telefonía móvil, estándar intermedio entre la

segunda y la tercera generación, GSM y UMTS respectivamente. Debido a problemas en la implantación de 3G, esta tecnología se ha mantenido un periodo relativamente prolongado ampliando sus objetivos iniciales.

Se caracteriza por:

Red de conmutación de paquetes frente a la de conmutación de circuitos que utiliza GSM.

Permite una compatibilidad total con GSM y su infraestructura, salvo por la adición de una cierta estructura paralela por la que va el tráfico de datos. Al contrario, UMTS requiere una estructura totalmente paralela en cuanto al despliegue de estaciones base, sin duda la parte más cara de la red.

Su nuevo mecanismo para el tráfico de datos le permite alcanzar velocidades mayores que teóricamente oscilan entre los 54 y los 172 Kbps, pero que en la práctica son sensiblemente inferiores debido a las adversidades físicas y al despliegue de los operadores, que no buscan llegar a proporcionar estas velocidades.

1.2.12. UMTS (Universal Mobile Telephone Standard) Es la denominada 3G. Se ha propuesto como el gran avance en la telefonía

móvil aunque ha encontrado problemas importantes a la hora de su implantación, que han retrasado más allá de las previsiones su llegada.




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El primero de ellos ha sido el importante desembolso que los operadores han tenido que realizar para la compra de licencias en muchos países (no es el caso de España). Este desembolso ha mermado sus economías y eso ha provocado una limitada solvencia para hacer frente a la implantación de una nueva infraestructura diferente a la utilizada para GSM y GPRS en todo lo que se refiere a las estaciones base y a las células. Otro problema, aunque de menor peso, es que los fabricantes han tenido dificultades, no con los terminales en sí mismos, sino con el desarrollo de baterías que dotaran a estos terminales de una autonomía suficiente.

Concretamente en España ha aparecido un tercer problema. Los ayuntamientos,

que son los encargados de expedir las licencias para instalar antenas, empujados por la reciente psicosis que vincula a las antenas de telefonía móvil con el cáncer, se están mostrando muy reticentes, con lo que están contribuyendo a ralentizar el despliegue.

En cualquier caso esta tecnología ya está disponible en la actualidad y es muy

probable que en pocos años se convierta en algo muy extendido gracias a los nuevos servicios que aparecen con ella. Sus principales características son:

Objetivo primordial de obtener una conexión de alta velocidad para abrir a

la telefonía móvil al campo de las aplicaciones multimedia de forma total.

Utiliza CDMA en lugar de TDMA como forma de multiplexión de comunicaciones en un medio compartido. CDMA consiste en una multiplexión por código, de forma que cada usuario utiliza un tipo de código y tiene a su disposición todo el espectro. Esto nos proporciona una reutilización de frecuencias total.

Aquí el tamaño de la célula no está marcado por la distancia de reutilización de frecuencias, que para GSM determinaba un área de celda estática. Aquí el factor limitante es la relación señal a ruido. Ésta depende del número de usuarios en un instante. Cuando la estación base detecta un número demasiado elevado de usuarios, que están produciendo demasiada interferencia, reacciona disminuyendo su potencia de transmisión, dejando a algunos usuarios fuera y reduciendo el tamaño de la célula. A esto se le conoce como cell breathing.

Su velocidad va desde 144Kbps a 2Mbps, y su rango de frecuencias está en torno a 2GHz.




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1.2.13. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) es la optimización

de la tecnología UMTS y consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información hasta alcanzar tasas de 14 Mbps. Nace como evolución de la tercera generación de telefonía móvil y se considera el paso previo antes de la cuarta generación 4G; es popularmente conocida como 3.5G.

1.2.14. HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access o Acceso ascendente de paquetes a

alta velocidad) es una evolución de HDSPA que añade una mejora sustancial en la velocidad para el tramo de subida o uplink (desde el terminal de usuario hacia la red) llegando a tasas de transferencia de subida de hasta 7.2 Mbps. Se la conoce como 3.75G o 3.5G Plus y está definido en el estándar de 3GPP Universal Mobile Telecommunications System Release 6. Permitirá altas prestaciones de voz y datos que se traducirán en aplicaciones persona a persona mejoradas, tanto en el ámbito de negocios, como en el doméstico.




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1.3. Principios de las WLANs Las Redes de Área Local Inalámbricas (WLANs), tal y como definimos

anteriormente, son un sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible, muy utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas, y que transmiten y reciben la información sin cables, a través de ondas electromagnéticas. Su cobertura se extiende desde varios metros hasta unas centenas de metros.

Las WLANs constituyen en la actualidad una solución tecnológica de gran

interés en el sector de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. Estos sistemas se caracterizan por trabajar en bandas de frecuencia exentas de licencia de operación, lo cual dota a la tecnología de un gran potencial de mercado permitiéndole competir con otro tipo de tecnologías de acceso. Sin embargo esto obliga al desarrollo de un marco regulatorio adecuado que permita un uso eficiente y compartido del espectro radioeléctrico disponible de dominio público.

Sus características más destacadas son:

Movilidad: permite transmitir información en tiempo real en cualquier lugar de la organización o empresa a cualquier usuario. Esto supone mayor productividad y posibilidades de servicio.

Facilidad de instalación: al no usar cables, se evitan obras para tirar cable por muros y techos, mejorando así el aspecto y la habitabilidad de los locales, y reduciendo el tiempo de instalación. También permite el acceso instantáneo a usuarios temporales de la red.

Flexibilidad: puede llegar donde el cable no puede, superando mayor número de obstáculos, llegando a atravesar paredes. Así, es útil en zonas donde el cableado no es posible o es muy costoso: parques naturales, reservas o zonas escarpadas.

1.3.1. Cómo Trabajan Las WLANs no necesitan un medio físico guiado, sino que utilizan ondas de

radio (o infrarrojos) para llevar la información de un punto a otro.




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Al hablar de ondas de radio nos referimos normalmente a portadoras de radio, sobre las que va la información, ya que realizan la función de llevar la energía a un receptor remoto. Los datos a transmitir se superponen a la portadora de radio y de este modo pueden ser extraídos exactamente en el receptor final. A este proceso se le llama modulación de la portadora. Si las ondas son transmitidas a distintas frecuencias de radio, varias portadoras pueden existir en igual tiempo y espacio sin interferir entre ellas. Para extraer los datos el receptor se sitúa en una determinada frecuencia, frecuencia portadora, ignorando el resto

En una configuración típica, las redes WLAN se conectan a las LAN cableadas

en un punto determinado. A este punto se le denomina punto de acceso, y es el encargado de recibir la información de la LAN cableada, transmitirla a la WLAN y viceversa. El punto de acceso consta de una antena que transmite y recibe las correspondientes ondas de radio. Es el que dota de cobertura a nuestra WLAN. Un único punto de acceso puede soportar varios usuarios.

Para acceder a la red, los usuarios deben de poseer adaptadores inalámbricos.

A los computadores o dispositivos con interfaz inalámbrica los llamaremos estaciones. La naturaleza de la conexión sin cable es transparente a la capa del cliente.

1.3.2. Banda de Frecuencias Las WLANs utilizan principalmente las bandas ISM (Industrial, Scientific and

Medical) que comprenden las frecuencias entre 902-928 MHz, 2’400-2’4835 GHz y 5’725-5’850 GHz. Estas bandas son de uso común y no requieren de licencia para utilizarlas. “Uso común” implica que no están protegidas frente a interferencias y que no podemos interferir en aplicaciones con licencia.

1.3.3. Seguridad Uno de los problemas de este tipo de redes es precisamente la seguridad ya que

cualquier persona con un adaptador inalámbrico podría comunicarse con un punto de acceso privado si no se disponen de las medidas de seguridad adecuadas. Dichas medidas van encaminadas en dos direcciones: por una parte está el cifrado de los datos que se transmiten y en otro plano, pero igualmente importante, se considera la autenticación entre los diversos usuarios de la red. La seguridad la estudiaremos con más detalle en el siguiente capítulo.




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1.4. Reseña histórica de las WLANs Podemos considerar como pioneros en el uso de redes inalámbricas a los

radioaficionados, pero si hablamos propiamente de redes, su origen se remonta a la publicación en 1979 de los resultados de un experimento realizado por ingenieros de IBM en Suiza, consistente en utilizar enlaces infrarrojos para crear una red local en una fábrica. Estos resultados, publicados por el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), pueden considerarse como el punto de partida de esta tecnología.

Las investigaciones siguieron adelante tanto con infrarrojos como con

microondas. El verdadero desarrollo de este tipo de redes llegó en mayo de 1985, cuando la FCC (Federal Communications Comission), el organismo americano encargado de regular las emisiones radioeléctricas, asignó las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) 902-928 MHz, 2’400-2’4835 GHz, 5’725-5’850 GHz para su uso en redes inalámbricas, basadas en espectro expandido (SS o Spread Spectrum, en inglés). Estas bandas ISM tienen la particularidad de que son de uso libre, es decir, no requieren de una licencia para poder utilizarlas. Esto propició una mayor actividad en el seno de la industria y ese respaldo, unido a la disminución de precios de los dispositivos, hizo que las WLANs empezaran a dejar ya el entorno del laboratorio para iniciar el camino hacia el mercado.

Desde 1985 hasta 1990 se siguió trabajando ya más en la fase de desarrollo. En

1989, en el seno de IEEE 802 (802 hace referencia al grupo de documentos que describen las características de las LAN o Ethernet), se forma el comité IEEE 802.11 o Wi-Fi (Wireless Fidelity, Fidelidad Inalámbrica), que empieza a trabajar para tratar de generar una norma para las WLANs.

En mayo de 1991 se publicaron varios trabajos referentes a WLAN operativas

que superaban la velocidad de 1 Mbps, el mínimo establecido por el IEEE 802 para que la red sea considerada realmente una LAN con aplicación empresarial.

En 1993 también se constituye la IrDA (Infrared Data Association) para

promover el desarrollo de las WLAN basadas en enlaces por infrarrojos. En 1994 aparece el primer borrador del estándar 802.11. Dentro de este mismo campo, en el año 1995, tenemos la aparición de Bluetooth,

una tecnología de Ericsson con el objetivo de conectar mediante ondas de radio los teléfonos móviles con diversos accesorios. Al poco tiempo se generó un grupo de estudio formado por fabricantes que estaban interesados en esta tecnología para




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aplicarla a otros dispositivos, como PDAs, terminales móviles o incluso electrodomésticos.

En 1996, finalmente, un grupo de empresas del sector de informática móvil

(mobile computing) y de servicios forman el Wireless LAN Interoperability Forum (WLI Forum) para potenciar este mercado mediante la creación de un amplio abanico de productos y servicios interoperativos. Por otra parte, WLANA (Wireless LAN Association) es una asociación de industrias y empresas cuya misión es ayudar y fomentar el crecimiento de la industria WLAN a través de la educación y promoción.

En el año 1997 el IEEE finaliza la norma 802.11. Las velocidades iniciales eran de

1 y 2 Mb/s en la banda de 2,4 GHz e infrarrojos. Desde entonces han ido apareciendo distintas versiones de la norma original,

que resumimos con la siguiente tabla:

Fecha Evento

7/1997 El IEEE aprueba estándar 802.11. 1 y 2 Mbps. Banda de 2,4 GHz e infrarrojos

1998 Primeros sistemas preestándar 802.11b (11 Mbps @ 2,4 GHz)

9/1999 El IEEE aprueba suplementos 802.11b (hasta 11 Mbps @ 2,4 GHz) y 802.11a (hasta 54 Mbps @ 5 GHz, no disponible en Europa)

12/2001 Primeros productos comerciales 802.11a 12/2001 Publicación borrador 802.11e (QoS en WLANs)

2002 Publicación borrador 802.11g (hasta 54 Mbps @ 2,4 GHz)

Tabla 1-5: Evolución de la norma 802.11

Actualmente los estándares reconocidos dentro de esta familia son:

La especificación 802.11 original.

802.11a (evolución a 802.11 e/h), que define una conexión de alta velocidad basada en ATM.

802.11b, el que goza de una más amplia aceptación y que aumenta la tasa de transmisión de datos propia de 802.11 original.

802.11g, compatible con él, pero que proporciona aún mayores velocidades.

802.11n, el de mejor prestaciones, pero aún en desarrollo.




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Otros estándares que complementan a los anteriores: 802.11f, 802.11i, 802.1d, 802.11x, etc.

El último paso se ha dado en enero de 2004, cuando el IEEE anunció la

formación de un grupo de trabajo para desarrollar la norma 802.11n, la cual sube el límite teórico de velocidad de transmisión hasta los 600 Mbps. Se espera también que el alcance de operación de las redes bajo este estándar sea mayor gracias a la tecnología MIMO (Multiple Input – Multiple Output, Múltiple Entrada – Múltiple Salida), técnica que permite utilizar varios canales a la vez para enviar y recibir datos, gracias a la incorporación de varias antenas.

Se espera que el estándar, que debía ser completado hacia finales de 2006, se implante a finales del 2008. No obstante ya hay dispositivos que se han adelantado al protocolo y ofrecen de forma no oficial éste estándar (con la promesa de actualizaciones para cumplir el estándar cuando el definitivo esté implantado). Entre esos dispositivos están los puntos de acceso que hemos utilizado en la red inalámbrica que ocupa nuestro estudio.




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1.5. Aplicaciones principales de las WLANs

Originalmente las redes WLAN fueron diseñadas para el ámbito empresarial. Sin embargo, en la actualidad han encontrado una gran variedad de escenarios de aplicación, tanto en el ámbito residencial como en entornos públicos y privados. Entre los más comunes están:

Escenario residencial: una línea telefónica terminada en un router ADSL al

cual se conecta un AP para formar una red WLAN que da cobertura a varios ordenadores del hogar.

Redes corporativas: una serie de APs distribuidos en varias áreas de la empresa conforman una red autónoma o complementan a una LAN cableada. Son aplicaciones de alta densidad de tráfico y altas exigencias de nivel de seguridad.

Acceso público a Internet desde cafeterías, tiendas, etc. Es un tráfico de baja densidad. Normalmente el establecimiento ofrece a los clientes una tarjeta inalámbrica que permite el acceso desde sus propios portátiles. Es parecido al residencial pero necesita otras funcionalidades como la tarificación.

Redes libres en campus universitarios: este tipo de WLANs proporciona acceso púlico de banda ancha de manera gratuita, sin ánimo de lucro. Necesita múltiples APs para garantizar la cobertura en toda su área. Este concepto se está extendiendo a pueblos y pequeñas ciudades gestionados por sus propios Ayuntamientos.

Hotspots: (en inglés significa punto caliente) es una zona de cobertura WiFi, en el que un punto de acceso o varios proveen servicios de red a través de un Proveedor de Servicios de Internet Inalámbrico (WISP). Los hotspots se encuentran en lugares públicos, como aeropuertos, bibliotecas, centros de convenciones, hoteles, etcétera. Este servicio puede brindarse de manera gratuita o pagando una suma que depende del proveedor. La red a instalar requiere de un elevado número de puntos de acceso y suele haber alta densidad de tráfico. Además requieren de exigentes medidas de seguridad, gestión de red y facilidades de facturación.

Acceso a Internet desde medios de transporte públicos. Compañías ferroviarias o aéreas ofrecen un acceso Wi-Fi dentro del vehículo, que termina en un enlace vía satélite con la red Internet.




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Interconexión de redes de área local que se encuentran en lugares físicos distintos.

Acceso de banda ancha en entornos rurales con difícil acceso.

Otros usos corporativos e industriales como interconexión de máquinas y dispositivos, telecontrol y seguimiento, comunicaciones vocales internas, gestión de almacenes, aplicaciones de vídeo, etc.

1.5.1. Algunos Ejemplos Reales de WLANs

1.5.1.1. Proyecto TEBATREN Aplicado al Metro de Madrid El proyecto de Telecomunicaciones de Banda Ancha para Trenes aplicado al

Metro de Madrid consistió en comunicar sus trenes con la red fija, con el objetivo de transmitir imágenes tanto desde el interior del tren hasta el puesto de mando, como desde el exterior (andenes) a la cabina principal del tren. Posteriormente se amplió el objetivo para conseguir una total traslación de los servicios de la red fija (sistemas de información al viajero, telemetría, telecontrol y seguimiento) al interior del tren. Dicha WLAN se basó en el estándar IEEE 802.11b [1-2]

Ilustración 1-3: Arquitectura del proyecto TEBATREN aplicado al Metro de Madrid

1.5.1.2. Proyecto NERPIO-SAT Consiste en dotar de acceso a Internet de alta velocidad y otros servicios de

telecomunicación a zonas rurales de Castilla–La Mancha de difícil acceso, donde hasta ahora, sólo existía telefonía analógica básica. Para ello se utilizó un enlace satélite con el ISP (Internet Service Provider), y un enlace WiFi con la zona rural en cuestión [1-2].




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1.6. Ventajas e inconvenientes de las WLANs Veamos ahora los pros y los contras de las WLAN, así como una comparativa

con las LAN cableadas.

1.6.1. Ventajas

1. Movilidad. Las WLAN permiten una libertad de movimiento que no proporcionan las redes con cable. Se puede tener acceso a la información en cualquier punto dentro de la zona de cobertura del punto de acceso. Además, el hecho de no usar cables permite a este tipo de redes llegar a puntos donde el acceso con cables sería imposible.

2. Fácil instalación. Para la instalación de una WLAN no es necesario realizar ningún tipo de obra compleja, como podrían ser las canalizaciones a lo largo de todo entorno de trabajo, necesarias en una red cableada. Un usuario se podrá conectar a la red sin más que añadir a su equipo algún adaptador inalámbrico.

3. Escalabilidad. Los sistemas de WLAN pueden ser configurados en una variedad de topologías para satisfacer las necesidades de las instalaciones y aplicaciones específicas. Las configuraciones son muy fáciles de cambiar y además resulta muy fácil la incorporación de nuevos usuarios a la red.

4. Mantenimiento. El medio de transmisión, el aire, no es sensible al paso del tiempo, como ocurre con el cable. El cable es sensible a agresiones externas, necesita de un mantenimiento y tiene un tiempo de vida útil limitado. Sin embargo, el aire está libre de estos efectos. No se requieren obras de mantenimiento ni para ampliación o remodelado.

5. Ahorro económico. Como no es necesario ni tender cables ni obras de

mantenimiento o remodelado, ni licencias, reducimos costes.

6. Uso del espectro libre. La mayor parte de las redes inalámbricas operan en un rango de frecuencias de uso libre, es decir, no están sujetas al pago de ningún tipo de licencias para su uso, lo cual abarata bastante su uso.




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7. Flexibilidad de configuración. Las estaciones de trabajo no están sujetas a la existencia de una toma que le posibilite una unión física con la red. La cobertura a una zona determinada se limita a repartir adecuadamente los puntos de acceso por el área de trabajo. Cualquier remodelación de la zona de trabajo consistirá en reubicar o añadir puntos de acceso, sin afectar a las estaciones de trabajo.

1.6.2. Inconvenientes 1. Interferencias. Existe gran cantidad de dispositivos que trabajan en

este segmento del espectro dado que éste es de uso libre, por lo que dispositivos que se encuentren en las cercanías de los nuestros trabajando en esta banda nos afectarán produciendo interferencias. La tasa de error debida a las interferencias se puede situar en torno a 10-4 frente a 10-10 de las redes cableadas, lo que significa que hay 6 órdenes de magnitud de diferencia.

2. Cobertura limitada. El radio de acción de una red inalámbrica está

limitado por la potencia máxima que se puede radiar, que según la legislación vigente, es de 100mW. Para extender la zona de acción de la red sólo podemos añadir nuevos puntos de acceso, colocar algunos repetidores o dotar los equipos de antenas que nos hagan radiar al máximo permitido.

3. La velocidad no es como la pintan. La velocidad real en las WLANs

está muy abajo que la especificada por las normas, ya que esta depende de diversos factores tales como el ambiente de interferencia, la distancia o área de cobertura, la potencia de transmisión, el tipo de modulación empleada, etc.

4. Limitación en frecuencias. Estamos confinados a un estrecho rango

de frecuencias que son las de uso libre. Nuestro ancho de banda se reduce a unos 100 MHz sin tener posibilidad de emitir fuera de él.

5. Seguridad. Seguramente, el mayor inconveniente de las redes

inalámbricas. La seguridad, no tanto de la información transmitida durante la comunicación, si no la posibilidad de que posibles personas no autorizadas tengan acceso a nuestra red o a los servicios que en ella se estén prestando. Inicialmente, cuando se originaron los estándares de las redes inalámbricas, no se prestó la suficiente atención a este concepto quedando poco definido. En la actualidad,




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este es un tema prioritario, se trabaja en estándares que responden en exclusiva a la seguridad de las redes (como pueden ser el 802.11i ó el 802.1x).

1.6.3. Comparativa entre WLAN y LAN cableadas A continuación vamos a ver una tabla comparativa entre las WLAN y las LAN

cableadas. Cada una tiene unas ventajas e inconvenientes distintos. No obstante, siempre es posible combinar en un mismo entorno una LAN con una WLAN y así aprovecharse de las ventajas que ambas ofrecen.

Aspecto

WLAN

LAN cableada

Velocidad de transmisión

11-54Mbps 100/1000Mbps

Costes de instalación Bajo Alto Movilidad Sí No

Flexibilidad Muy alta Baja Escalabilidad Alta Muy alta

Seguridad Media Alta Demanda Alta Muy alta

Configuración e instalación

Fácil Compleja

Presencia en empresas

Media Alta

Coste de expansión Bajo Alto Licencia No regulado No

Tabla 1-6: Comparativa WLAN - LAN cableadas




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1.7. Efectos de la radiación en la salud A pesar de las numerosas ventajas que las tecnologías inalámbricas nos ofrecen

y que tanto nos facilitan la vida cotidiana, el público siempre ha mostrado reticencias sobre las consecuencias que la radiación puede tener sobre el cuerpo humano.

En los últimos treinta años se han hecho del orden de 20.000 estudios y análisis

sobre los efectos en el cuerpo humano de la radiación electromagnética generada artificialmente. La Subsecretaría de Telecomunicaciones establece que la máxima densidad de potencia admisible es de 435 mW/cm2 en áreas de libre acceso para las personas. El valor máximo obtenido, tanto de los cálculos teóricos basados en el dato de la PIRE proporcionado por el proveedor de servicios, como los obtenidos experimentalmente en las inmediaciones (menos de 100 metros de distancia desde la antena), no deben superar el valor anterior.

Un terminal móvil GSM emite una potencia media del orden de 0.125 W. Para

el estándar IEEE 802.11b/g se tiene una limitación de potencia de 100mW en su banda de trabajo. Como vemos, la potencia no supera ni mucho menos el límite establecido, por lo que, el nivel de radiación al que estos dispositivos nos someten es despreciable.

Por otro lado, la radiación electromagnética de 2,4 GHz es absorbida por el

agua y la calienta (este es el principio de funcionamiento de los hornos microondas). El cuerpo humano en su mayoría está formado por agua, por tanto un emisor WLAN podría calentar el tejido humano. Sin embargo la potencia radiada es tan baja (100 mW máximo) que el efecto es también despreciable.

Concluyendo, la radiación que sufrimos por estas tecnologías inalámbricas es muy inferior a la que sufrimos por parte de otros elementos naturales, como por ejemplo el sol, o de otros aparatos eléctricos, como por ejemplo el microondas.




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CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LAS WLANS.................................................. 4 1.1. LAS REDES INALÁMBRICAS.............................................................................................4 1.2. TECNOLOGÍAS Y ESTÁNDARES INALÁMBRICOS .......................................................6

1.2.1. FAMILIA IEEE 802.11 (WI-FI) ............................................................................................6 1.2.2. HIPERLAN (HIGH PERFORMANCE RADIO LAN)......................................................................6 1.2.3. HIPERLAN/2 (HIGH PERFORMANCE RADIO LAN/2)...............................................................7 1.2.4. DECT (DIGITAL ENHANCED CORDLESS TELECOMMUNICATIONS)...........................................7 1.2.5. IRDA ................................................................................................................................7 1.2.7. BLUETOOTH..........................................................................................................................8 1.2.8. ZIGBEE .................................................................................................................................9 1.2.9. WIMAX ............................................................................................................................9 1.2.10. GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS)................................................11 1.2.11. GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) ...................................................................12 1.2.12. UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELEPHONE STANDARD) ...................................................12 1.2.13. HSDPA (HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS)........................................................14 1.2.14. HSUPA (HIGH SPEED UPLINK PACKET ACCESS) .............................................................14

1.3. PRINCIPIOS DE LAS WLANS...........................................................................................15 1.3.1. CÓMO TRABAJAN................................................................................................................15 1.3.2. BANDA DE FRECUENCIAS ....................................................................................................16 1.3.3. SEGURIDAD ........................................................................................................................16

1.4. RESEÑA HISTÓRICA DE LAS WLANS ...........................................................................17 1.5. APLICACIONES PRINCIPALES DE LAS WLANS..........................................................20

1.5.1. ALGUNOS EJEMPLOS REALES DE WLANS............................................................................21 1.5.1.1. Proyecto TEBATREN Aplicado al Metro de Madrid...................................................21 1.5.1.2. Proyecto NERPIO-SAT .............................................................................................21

1.6. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS WLANS ......................................................22 1.6.1. VENTAJAS ..........................................................................................................................22 1.6.2. INCONVENIENTES................................................................................................................23 1.6.3. COMPARATIVA ENTRE WLAN Y LAN CABLEADAS ..............................................................24

1.7. EFECTOS DE LA RADIACIÓN EN LA SALUD ...............................................................25

ILUSTRACIÓN 1-1: COMPARATIVA DISTINTOS TIPOS DE REDES SEGÚN COBERTURA Y VELOCIDAD ..............5 ILUSTRACIÓN 1-2: COMPARACIÓN DE LAS DISTINTAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS EN CUANTO A

MOVILIDAD Y VELOCIDAD ............................................................................................................11 ILUSTRACIÓN 1-3: ARQUITECTURA DEL PROYECTO TEBATREN APLICADO AL METRO DE MADRID .......21

TABLA 1-1: COMPARATIVA ENTRE LOS DISTINTOS TIPOS DE REDES ...........................................................5 TABLA 1-2: PRINCIPALES ESTÁNDARES DE LA FAMILIA IEEE 802.11.........................................................6 TABLA 1-3: CARACTERÍSTICAS DE HOMERF ............................................................................................8 TABLA 1-4: COMPARACIÓN ENTRE WI-FI Y WIMAX .............................................................................10 TABLA 1-5: EVOLUCIÓN DE LA NORMA 802.11.......................................................................................18 TABLA 1-6: COMPARATIVA WLAN - LAN CABLEADAS .........................................................................24



Capítulo 2: Familia IEEE 802.11

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Capítulo 2 Familia IEEE 802.11 2.1. Introducción

En este capítulo estudiaremos con detalle la familia de estándares IEEE 802.11,

perteneciente al grupo IEEE 802, el cual está dedicado por completo a la normalización de Redes de Área Local (LAN) centrándose en los dos niveles más bajos de la arquitectura OSI: capa física y capa de enlace. En la ilustración 2-1 vemos algunos de los estándares que propone el IEEE 802, así como su estructura de capas según el modelo OSI.

Ilustración 2-1: Estándares IEEE 802




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El éxito de IEEE 802.11 o Wi-Fi radica en que al ser el primer estándar implementado en el mercado, se convirtió en el más utilizado para la creación de WLANs. Además ha demostrado su capacidad para ofrecer acceso de banda ancha en múltiples entornos públicos a precios asequibles.

Aclaremos el significado del término Wi-Fi. En multitud de ocasiones hemos

oído expresiones como “…una red Wi-Fi” o “…acceso Wi-Fi”, etc. ¿Pero qué significa realmente Wi-Fi (o WIFI, wifi, WiFi, Wi-fi)? Es la abreviatura de la expresión inglesa “Wireless Fidelity” (que significa Fidelidad Inalámbrica). Se utiliza como denominación genérica para los productos que incorporan cualquier variante de la tecnología inalámbrica 802.11, que permite la creación de redes inalámbricas WLAN. En un principio, la expresión Wi-Fi era utilizada únicamente para los aparatos con tecnología 802.11b, que funciona en una banda de frecuencias de 2,4 GHz y permite la transmisión de datos a una velocidad de hasta 11Mbps. Con el fin de evitar confusiones en la compatibilidad de los aparatos y la interoperabilidad de las redes, el término Wi-Fi se extendió a todos los aparatos provistos con tecnología de la familia IEEE 802.11: 802.11a, 802.11b, 802.11g.

En este capítulo presentaremos al detalle la arquitectura de la familia IEEE

802.11, a la vez que profundizaremos en su capa física y de enlace. Además, enumeraremos los principales protocolos que incluidos en esta familia resaltando sus características más notables.




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2.2. Arquitectura de la familia IEEE 802.11

2.2.1. Arquitectura lógica-funcional. Componentes básicos La arquitectura 802.11 está basada en una arquitectura celular.

Ilustración 2-2: Arquitectura lógica-funcional de IEEE 802.11

El sistema se divide en celdas o células denominadas BSS (“Basic Service Set”)

o Conjunto Básico de Servicios. Un BSS está formado por nodos, fijos o móviles, llamados estaciones.

Cada BSS está gobernada por un Punto de Acceso o AP (“Access Point”). Según

el apartado 5.2.1.1 del estándar 802.11 [2-1], un AP se define como una estación base provista de acceso al Sistema de Distribución (DS), capaz de proveer a las estaciones de los servicios de éste. Las funciones básicas que puede realizar son:

Portal, para interconectar la WLAN y otra red LAN 802.x de otro tipo

(Internet, intranet,…).

Puente hacia otros puntos de acceso, para extender los servicios de acceso.

Router, para encaminar los datos dentro de la zona de cobertura.




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El AP es el elemento esencial de la red inalámbrica puesto que será el transmisor y el receptor de la señal que se transmita por el aire, y el que, por tanto, proporcione cobertura a las estaciones que forman parte de nuestra WLAN.

Las estaciones de un BSS obtienen acceso al Sistema de Distribución o DS

(“Distribution System”), y por tanto a otros nodos fuera de su área de cobertura, a través del AP. El DS es el componente lógico de la 802.11 que se encarga de conducir las tramas hasta su destino [2-1]. En el estándar no se fija ninguna tecnología concreta pero en la mayoría de los casos está basado en tecnología Ethernet (aunque también puede ser radioeléctrico). Tiende a equipararse a la columna vertebral de la red (backbone network)

El conjunto de celdas y sus correspondientes puntos de acceso se presenta a los

niveles superiores como una unidad lógica llamada ESS (“Extended Service Set”) o Conjunto de Servicio Extendido, que es lo mismo que la unión de varias BSS.

El medio inalámbrico (el aire) es el medio de transmisión usado para

comunicaciones de una estación a otra. La arquitectura de 802.11 define varias capas físicas para llevar a cabo esta transmisión.

Las estaciones (o clientes inalámbricos) suelen ser algún tipo de computadoras,

provistas de interfaces de red inalámbricos, tanto portátiles como no. Estos interfaces suelen ser tarjetas. Normalmente los portátiles de última generación cuentan con adaptador inalámbrico incorporado. Todo aquel equipo que no tenga, necesitara uno para poder conectarse. Existen principalmente tres tipos: tarjeta PCI, tarjeta PCMCIA y adaptador USB.

Ilustración 2-3: Adaptadores inalámbricos




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2.2.2. Modelo de referencia La norma 802.11 sigue el mismo modelo o arquitectura que toda la familia 802,

es decir, capa física y la capa de enlace.

Ilustración 2-4: Modelo OSI y Familia IEEE 802.11

Viéndolo con un poco de más detalle, la capa física se divide en dos subcapas

[2-2]:

La subcapa inferior, PMD (Physical Media Dependent), que corresponde al conjunto de especificaciones de cada uno de los sistemas de transmisión a nivel físico. El estándar define cuatro: Infrarrojos, FHSS, DSSS o OFDM.

La subcapa superior, PLCP (Physical Layer Convergence Procedure), se encarga de adptar las diversas especificaciones de la subcapa PMD a la subcapa MAC, inmediatamente superior.

La capa de enlace también se divide a su vez en dos subcapas [2-3]:

La subcapa MAC (Media Access Control), donde se especifica el protocolo de acceso al medio propiamente dicho, así como una serie de peculiaridades propias de redes inalámbricas como son el envío de acuses de recibo (ACK), la posibilidad de realizar fragmentación de las tramas y los mecanismos de encriptación para dar confidencialidad a los datos transmitidos.




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La subcapa LLC (Logical Link Control), que ofrece un servicio de transporte único para todas las tecnologías. Tal y como vemos en la Ilustración 2-1 de este capítulo, esta subcapa es común a todo los estándares IEEE 802.

Ilustración 2-5: Modelo de referencia detallado de IEEE 802.11

2.2.3. Topologías de red Tendremos distintas configuraciones de red dependiendo de las necesidades a

y prestaciones a cubrir. Veamos las topologías básicas descritas por el estándar:

2.2.3.1. Modo Ad Hoc o IBSS (Independient Basic Service Set) No existe punto de acceso. Las estaciones se comunican peer to peer (par a

par, de igual a igual), es decir, no hay una base y nadie da permisos para comunicarse. El tráfico de información se lleva a cabo directamente entre los equipos implicados, sin tener que recurrir a un punto de acceso, obteniéndose un aprovechamiento máximo del canal de comunicaciones.

Capa de enlace

Capa física

MAC (Media Access Control):

LLC (Logical Link Control)

PLCP (Physical Layer Convergence Procedure)

DSSS OFDM FHSS Infrarrojos

PMD




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Ilustración 2-6: Modo Ad Hoc con 2 estaciones

Cada trama es recibida por todos los ordenadores que se encuentren dentro

del rango de alcance del emisor. La cobertura se determina por la distancia máxima entre dos equipos, la cual suele ser apreciablemente inferior a las topologías con punto de acceso [2-4]. A nivel IP la numeración deberá corresponder a una red, es decir todos los ordenadores deberán configurarse con una dirección IP que tenga un prefijo común. Eventualmente uno de los ordenadores podría tener además una tarjeta de red, por ejemplo Ethernet, y actuar como router para el resto de forma que pudieran salir a la LAN cableada a través de el. En ese caso habría que definirle como router por defecto para el resto.

Ilustración 2-7: Modo Ad Hoc con 4 estaciones




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2.2.3.2. Modo Infraestructura o BSS (Basic Service Set) Existe un punto de acceso que realiza las funciones de coordinación. Las

estaciones en cuanto descubren que se encuentran dentro del radio de cobertura de un AP se registran en el para que les tome en cuenta. La comunicación entre estaciones registradas en un AP nunca se realiza de forma directa sino que siempre se hace a través del AP (todo el tráfico pasa a través de él).

Hay una clara pérdida de eficiencia cuando dos estaciones dentro de un

mismo BSS desean comunicarse entre sí: los paquetes de información son enviados una vez al punto de acceso y otra vez al destino. Sin embargo, esto no es un problema si la mayoría del tráfico va dirigido a la LAN convencional. Además tenemos como ventaja que dos estaciones podrán establecer comunicación entre sí aunque la distancia entre ellas no les permita verse.

Ilustración 2-8: Modo Infraestructura o BSS

2.2.3.3. Modo BSS Extendido o ESS (Extended Service Set) Es un caso específico del modo infraestructura. Consiste en tener dos o más

APs interconectados (normalmente por una LAN convencional), de forma que cada AP abarca una zona o celda que corresponde a su radio de alcance. Los usuarios pueden moverse libremente de una celda a otra y su conexión se establecerá automáticamente con el AP del que reciban una señal más potente. A esto se le llama roaming o itinerancia entre celdas.




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Ilustración 2-9: Modo ESS




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2.3. La capa física La capa física corresponde a la capa más baja del modelo de referencia OSI. Es

la encargada de transmitir y recibir la información por el medio físico, que en este caso es el aire; y es donde se establecen las especificaciones eléctricas y mecánicas de las conexiones. Consiste en dos subniveles:

Un sistema físico dependiente del medio, PMD, que define las distintas

técnicas de transmisión de la información a través de un medio sin cables; y que establece los distintos tipos de modulaciones que los equipos deben usar para poder acceder al medio.

Una función de convergencia de capa física, que adapta las capacidades del PMD. Esta función es implementada por el protocolo PLCP o Procedimiento de Convergencia de Capa Física, que define una forma de mapear unidades de datos MAC (MPDUs) en un formato de tramas susceptibles de ser transmitidas o recibidas entre diferentes estaciones a través de la capa PMD.

El siguiente diagrama de bloques resume la capa física de 802.11 y sus extensiones. Seguiremos el esquema seguido por el diagrama en el desarrollo de este apartado: hablaremos sobre el espectro radioeléctrico de la familia IEEE 802.11; analizaremos también las distintas tecnologías de transmisión, haciendo hincapié en las técnicas de espectro ensanchado; por último repasaremos las modulaciones principales usadas por cada estándar.

Ilustración 2-10: Diagrama descriptivo de la capa IEEE 802.11 y sus extensiones

IEEE 802.11

5GHz 2.4GHz 850-950nm

FHSS OFDM

IEEE 802.11a

OFDM DSSS

IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11b IEEE 802.11g

DBPSK 1Mbps

DQPSK-CCK 5.5Mbps

DQPSK-CCK 11Mbps

2-GFSK 1Mbps

4-GFSK 2Mbps

DQPSK 2Mbps

IR

54Mbps 54Mbps




36

Aclarar que el infrarrojo no ha recibido ninguna aceptación en el mercado de las WLANs y por eso quedará fuera de nuestro estudio.

2.3.1. Espectro radioeléctrico Como toda tecnología radio, la familia IEEE 802.11 utiliza el espectro

radioeléctrico, recurso escaso cuyo uso y asignación son globalmente regulados por organismos de ámbito internacional y nacional, como la ITU-R (International Telecommunication Union - Radio). Normalmente se requiere de licencia para ocupar una franja del espectro.

Los estándares 802.11 utilizan las bandas de 2.4Ghz y 5Ghz. Como no sería

práctico pedir licencia para cada WLAN, el IEEE buscó una banda no regulada disponible en todo el mundo y consideró que la banda de 2,4 GHz (banda ISM, Industrial-Científica-Médica) era la más adecuada. Esta banda no requiere de licencia y los servicios de radiocomunicaciones que funcionan en ella deben aceptar la interferencia resultante de aplicaciones que también trabajan en esta banda. Asimismo no podrán causar interferencia alguna con otras emisiones del espectro.

Al estar disponible sin licencia para todo el que desee emitir en ella, es preciso

adoptar algunas precauciones que eviten una excesiva interferencia entre emisiones. Por este motivo se establece que cualquier emisión debe ser con una potencia igual o inferior a 1mW y en espectro disperso o SS (Spread Spectrum). Las formas de hacer una emisión de espectro disperso las veremos con profundidad más adelante.

La ITU-R divide el mundo en tres regiones. Cada una tiene una regulación

diferente de las frecuencias. Incluso dentro de las regiones, algunos países tienen normativas propias más restrictivas. En esta tabla se recogen los rangos que se especifican en el documento del estándar. Como puede verse España y Japón tienen rangos mucho más reducidos que el resto de países.

Región ITU-R Rango Potencia máxima

Europa 2,4000 – 2,4835GHz 100mW

España 2,4450 – 2,4750GHz 100mW

EEUU y Canadá 2,4000 – 2,4835GHz 1W

Japón 2,4710 – 2,4970GHz 10mW/MHz

Tabla 2-1: Banda 2.4GHz según la región ITU-R




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En cuanto a la banda de 5Ghz ha sido recientemente habilitada para el estándar IEEE 802.11a, conocido como WIFI 5. La banda de 5 GHz permite canales de mayor ancho de banda y, además, no existen otras tecnologías que la estén utilizando (Bluetooth, microondas, etc.), por lo que hay muy pocas interferencias.

Sin embargo, la utilización de esta banda también tiene sus desventajas.

Restringe el uso de los equipos 802.11a a únicamente puntos con visión directa, por lo que hace necesario la instalación de un mayor número de puntos de acceso. Adicionalmente los equipos que trabajan a 5GHz no pueden penetrar tan lejos como los estándares que trabajan a 2.4Ghz dado que sus ondas son más fácilmente absorbidas: a mayor frecuencia, menor longitud de onda y mayor facilidad para ser absorbida por un obstáculo.

2.3.2. Tecnologías de transmisión A continuación vamos a ver las distintas técnicas de transmisión que se utilizan

en la familia IEEE 802.11. Las técnicas a usar nos permitirán diferentes prestaciones, y el uso de unas u otras dependerá del entorno, las necesidades de la red y la variante del estándar que estemos usando.

Podemos dividirlas en dos grandes grupos: tecnologías de transmisión por

infrarrojos y tecnologías de transmisión por ondas de radio. Como en 802.11 la transmisión por infrarrojos no es muy común y solo es posible en distancias muy cortas (10-20m) dentro de una misma habitación, vamos a centrarnos en las técnicas de propagación por ondas de radio. Son tres: FHSS, DSSS y OFDM.

2.3.2.1. Técnicas de Espectro Ensanchado La técnica de espectro ensanchado, expandido, disperso o SS (Spread

Spectrum) es una técnica de transmisión que consiste en la transformación reversible de una señal, de forma que su energía se disperse entre una banda de frecuencias mayor que la que ocupaba originalmente. Se caracteriza por:

El ancho de banda utilizado en la transmisión es mucho mayor que el

necesario para una transmisión convencional. Si R es la velocidad de transmisión (una modulación convencional tendría un ancho de banda de aproximadamente R Hz) y W es el ancho de banda empleado por la señal de espectro ensanchado, se cumple que W/R>>1.




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El ensanchamiento de la banda se realiza a partir de una señal pseudoaleatoria 1, que se caracteriza por tener una apariencia de ruido (también se le llama pseudoruido).

La señal transmitida sólo se podrá demodular si se el receptor es capaz de generar la misma señal de pseudoruido utilizada por el transmisor.

Pero ¿por qué utilizamos un ancho de banda mucho mayor del estrictamente necesario? Lo hacemos porque la señal ensanchada tiene una serie de características especiales muy interesantes para la transmisión. En primer lugar, la transmisión de señales con espectro ensanchado es mucho más resistente y robusta frente a las interferencias que otros tipos de transmisiones. Además, la señal es difícilmente detectable, ya que su nivel de potencia queda muy reducido por su dispersión espectral. Sólo después de la transformación de desensanchado, ésta recupera la relación señal a ruido suficiente para su demodulación. Incluso en el caso de que se detecte la señal, la transmisión es ininteligible para el receptor que no conozca la señal pseudoaleatoria utilizada para el ensanchado del espectro.

Esta señal ensanchada puede obtenerse de dos maneras:

Codificar la señal original con una señal pseudoaleatoria (DSSS o Espectro

Ensanchado por Secuencia Directa).

Codificar la frecuencia de trabajo con una señal pseudoaleatoria (FHSS o Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia).

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). FHSS o Técnica de Espectro Ensanchado por Salto en Frecuencia se basa en

transmitir una parte de la información en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo. Pasado este tiempo se cambia la frecuencia de emisión (se cambia de canal) y se sigue transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de información se va transmitiendo en una frecuencia distinta (canal distinto) durante un intervalo muy corto de tiempo. La frecuencia de portadora va saltando de una frecuencia a otra siguiendo una secuencia pseudoaleatoria preestablecida, conocida por los dos extremos de la comunicación. El receptor sigue la secuencia de saltos.

1 Una secuencia pseudoaleatoria es aquella que toma valores arbitrarios dentro de un determinado periodo de tiempo, a partir del cual la señal se repite.




39

Si un agente externo produce una interferencia y esta afecta a algún canal o canales en concreto, el receptor no podrá separar la señal del ruido y la trama no será recibida. En ese caso el emisor retransmitirá la trama, confiando que en el siguiente intento no coincida la interferencia con ninguno de los canales utilizados.

Esta técnica utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales

1MHz de ancho de banda. El número de saltos de frecuencia por segundo es regulado por cada país. Esta técnica esta asociada a la modulación GFSK que explicaremos en la sección 2.3.3.

Ilustración 2-11: Funcionamiento FHSS

Tal y como muestra la ilustración de arriba, la potencia de emisión se concentra en una franja estrecha del espectro. Tenemos una señal transmitida de banda estrecha pero de gran intensidad (suficiente para cubrir el área de la WLAN), lo cual da una elevada relación señal/ruido (SNR o S/N). De acuerdo con el teorema de Shannon la elevada SNR permitirá una capacidad de canal alta (tasa de bits de información alta).

)1(log 2 SNRBC

Ecuación 2-1: Teorema de Shannon

C. 20

2,4

2,4835

C.9

C. 79

C. 58

C.73

1 MHz

Tiempo

20 ms

C. 45

Frecuencia

Frecuencia (Ghz) Potencia

(mW/Hz) 100

1 MHz

Señal Transmitida

Interferencia




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DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). En DSSS o Técnica de Espectro Expandido por Secuencia Directa, los datos

se codifican con un código de pseudorruido dando lugar a una secuencia de símbolos parecida al ruido y con mucha redundancia (el número de bits enviados realmente es muy superior a la tasa real de bits transmitidos). Esta redundancia se construye de tal manera que el receptor es capaz de regenerar los datos originales aún en el caso de que se presente una interferencia dentro del canal, siempre y cuando la interferencia sea de una anchura relativamente pequeña..

Veamos el procedimiento de ensanchado de la señal.

Ilustración 2-12: Procedimiento de ensanchado.

La señal original es una señal radio de banda estrecha que ha sido

expandida aplicando una secuencia de chips 2 a cada uno de los bits que la componen. Estas secuencias de chips se llaman códigos de pseudorrruido, códigos pseudoaleatorios o códigos PN (Pseudorandom Noise). La duración de un chip es mucho menor que un periodo de bit de la secuencia original, por lo que la tasa del código PN será mucho mayor que el régimen binario de la secuencia original. Esto trae como consecuencia el ensanchado de la señal. De esta manera se aumenta el ancho de banda de la transmisión y se reduce la densidad de potencia espectral [2-5].

2 Un chip es un dígito binario usado para el proceso de ensanchado, no contiene ningún tipo de información como la contenida en un bit




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Ilustración 2-13: Proceso de codificación.

Como código PN en DSSS se usa una secuencia de Baker de 11 chips. Éstas

tienen unas excelentes propiedades de autocorrelación y son muy tolerantes a los efectos del retardo producidos por multitrayecto. El proceso de codificación consiste en realizar una función XOR de la secuencia de Baker y la secuencia original de tal manera que cada bit a transmitir se codifica con toda la secuencia completa de 11 chips. El resultado de esta operación es una secuencia con una frecuencia once veces superior a la de la señal de datos original que se pretendía transmitir [2-6]. Todo esto se muestra en la ilustración anterior.

El proceso de transmisión en DSSS se resume con el siguiente diagrama

Ilustración 2-14: Esquema del transmisor DSSS




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En el receptor, el correlador comparará la señal recibida con su secuencia PN. Transmisor y receptor deben usar la misma secuencia de ensanchado para determinar el bit que se codificó. Para un receptor de banda estrecha, la señal transmitida se puede confundir con ruido, en cambio, en un receptor adecuado en el que tengamos un correlador, se puede recuperar la señal consiguiendo además una gran protección frente al ruido tal y como se puede observar en la siguiente figura.

Ilustración 2-15: Efecto del ensanchado sobre el ruido.

Ilustración 2-16: Esquema de un receptor DSSS

Ahora, la potencia de transmisión se reparte en un rango mucho más

amplio que en FHSS, sin embargo son similares (en el ejemplo los 100mW máximos permitidos en Europa). Ahora tenemos una señal de banda ancha pero de baja intensidad, lo cual nos dará una SNR pequeña. La ley de Shannon nos dice que con una relación señal/ruido pequeña la capacidad del canal será menor.




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Ilustración 2-17: Funcionamiento DSSS

DSSS tiene definidos dos tipos de modulaciones a aplicar a la señal de

información una vez se sobrepone la señal de chip tal y como especifica el estándar IEEE 802.11: la modulación DBPSK, Differential Binary Phase Shift Keying y la modulación DQPSK, Differential Quadrature Phase Shift Keying. Ambas las explicaremos en la sección 2.3.3.

DSSS opera en la banda de 2.4 GHz con un ancho de banda total disponible

de 83.5 MHz. Este ancho de banda total se divide en 14 canales con un ancho de banda por canal de 22 MHz. Cada canal está desplazado 5MHz con respecto al anterior, por lo que los canales contiguos se solapan.

Canal 1

Canal 7

Interferencia

2,4

2,4835

Tiempo Frecuencia

Frecuencia (Ghz)

Potencia (mW/Hz)

5

22 MHz

Canal 13

22 MHz

Señal Transmitida




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Ilustración 2-18: Distribuición de canales DSSS

En topologías de red que contengan varias celdas, ya sean solapadas o

adyacentes, los canales pueden operar simultáneamente sin apreciarse interferencias en el sistema si la separación entre las frecuencias centrales es como mínimo de 30 MHz. Esto significa que de los 83.5 MHz de ancho de banda total disponible podemos obtener un total de 3 canales independientes que pueden operar simultáneamente en una determinada zona geográfica sin que aparezcan interferencias en un canal procedentes de los otros dos canales. En Estados Unidos la FCC sólo define 11 canales, de los cuales los no solapados son el 1, 6 y 11. En cambio, en Europa, la ETSI (European Telecommunications Standards Institute) define 13 canales de los cuales los no solapados son el 1, 7 y 13, como se observa en la ilustración 2-16.

Ilustración 2-19: Canales no solapados

1 11

13

EEUU y Canadá (canales 1 a 11)

1 7

6

22 MHz

Europa (canales 1 a 13)

1

13

10

14 12

11

Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

2,4000 GHz 2,4835 GHz

7 6

5

4 3

2 8

9

5 MHz




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Ilustración 2-20: Distribución de celdas y canales

2.3.2.2. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDM o en español Multiplexación Ortogonal por División de Frecuencias,

es una técnica que codifica una transmisión en múltiples subportadoras ortogonales. El procedimiento consiste en tomar un canal y dividirlo en otros más pequeños, llamados subcanales. Cada subcanal se usará para transportar información en paralelo y podrá ser modulado de forma diferente.

Ilustración 2-21: Subportadoras ortogonales de OFDM

OFDM es parecido a FDM (Multiplexión por División en Frecuencia), pero

mientras que en FDM cada usuario dispone de un canal en exclusiva con bandas de guarda para evitar interferirse con otros canales adyacentes desperdiciando por consiguiente ancho de banda, OFDM selecciona canales que se superponen pero que no se interfieren gracias a la propiedad de la ortogonalidad. En concreto toma las señales de cada subcanal y las combina usando la transformada rápida inversa de Fourier (IFFT). Los receptores aplicarán la FFT a la forma de onda recibida para




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extraer la amplitud de cada subportadora. De esta forma se consigue llegar a velocidades de transmisión de hasta 54Mbps.

Uno de los problemas de la transmisión de datos es la ISI (Interferencia

Entre Simbólos) y la ICI (Interferencia Entre Canales). Para intentar resolverlas, OFDM se reserva la primera parte de cada símbolo como tiempo de guarda. La transformada de Fourier se realizará sólo sobre la parte del símbolo fuera del periodo de guarda. Seleccionar un tiempo de guarda adecuado es uno de los principales problemas de OFDM, si es demasiado corto no protegerá de interferencias y si lo alargamos reducimos la tasa de transmisión.

OFDM puede trasmitir datos a distintas velocidades (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y

54Mbps) utilizando distintas técnicas de modulación (BPSK, QPSK o QAM).

2.3.2.3. Comparativa A modo comparativo, introducimos la siguiente tabla que incluye las

técnicas de propagación vistas anteriormente destacando sus principales características

Nivel físico

Infrarrojos

FHSS

DSSS

OFDM

Banda 850–950nm 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 y 5 GHz

Estándares 802.11 802.11 802.11 802.11b/g

802.11a/g

Velocidades (en Mbps)

802.11: 1 y 2 802.11: 1 y 2 802.11: 1 y 2 802.11b: 5’5 y 11. 802.11g: 11, 5’5, 2, 1

802.11a: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54. 802.11g: 54, 48, 36, 24, 18, 11, 5.5, 2, 1.

Alcance (velocidad máx)

20 m 150 m 30 m 5 m

Utilización Muy poca Poca. En desuso Mucha Creciente

Antigüedad - Más antiguo Media Más moderno

Características No atraviesa paredes

Interferencias con MW y Bluetooth. SNR FHSS> SNR DSSS Ptx FHSS< Ptx DSSS

Buen rendimiento Buen alcance SNR DSSS< SNR FHSS Ptx DSSS < Ptx FHSS

Máximo rendimiento

Tabla 2-2: Tabla comparativa de técnicas de propagación




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2.3.3. Técnicas de Modulación En este apartado tratamos el otro aspecto que nos queda por comentar de la

capa física, las modulaciones. Destacaremos sobre todo sus principales características y su funcionamiento.

El principio de cualquier modulación es trasladar la información de una banda

de frecuencias a otra, dotándola, además, de ciertas propiedades que contribuirán a adaptarla a las características del canal de comunicaciones. La modulación usada puede ser un aspecto crítico a la hora de decidirnos entre un estándar u otro, dado que el uso de una u otra puede ser la solución a un problema de interferencias excesivas, ambientes superpoblados o velocidades reducidas de transmisión. La modulación elegida marca la velocidad máxima a la que podemos aspirar dentro de un estándar y una vez elegida una, decidirnos por alguna de sus posibles variantes puede ser la clave para alcanzar tasas de transmisión elevadas.

Todas las modulaciones usadas por los estándares de la familia IEEE 802.11 son

digitales. Las modulaciones digitales aportan una serie de ventajas sobre las modulaciones analógicas tradicionales, como pueden ser mayor inmunidad al ruido, multiplexación más fácil, mayor robustez a interferencias sobre el canal, posibilidad de dotar a la información de más seguridad y ahorro en el ancho de banda mediante la compresión de los datos.

2.3.3.1. GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). GFSK o modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana

corresponde a la modulación usada por FHSS. En ésta un 1 lógico es representado mediante un incremento de la frecuencia de la portadora, y un 0 mediante un decremento de la misma. GFSK es una versión mejorada de la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). La G de gaussiano se refiere a la forma del pulso que se utiliza para su transmisión: la información es pasada por un filtro gaussiano antes de modular la señal. Esto se traduce en un espectro de energía más estrecho de la señal modulada, lo que permite que haya otros usuarios, reduciéndose así la probabilidad de interferirse entre ellos.

Entre las variedades de esta modulación usadas por FHSS encontramos dos,

2GFSK y 4GFSK. La implementación más básica de GFSK es 2GFSK (de dos niveles). Esta utiliza dos frecuencias diferentes para transmitir un uno o un cero. Para transmitir un 1 la frecuencia de la portadora se incrementará en un cierto valor; mientras que para la codificación de un 0 simplemente se transmitirá la portadora sin ningún incremento. La representación de esto lo podemos ver en la




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siguiente figura, en la que se muestra como sería la señal para la representación de un símbolo uno y la señal para la representación de un símbolo cero. Con 2GFSK se consiguen tasas de hasta 1 Mbps.

Ilustración 2-22: Señales 2-GFSK

Para poder enviar más datos tenemos dos posibilidades, usar una tasa de

símbolos mayor o codificar más bits por símbolo. La modulación 4GFSK (GFSK de cuatro niveles) opta por usar cuatro símbolos en lugar de dos, así consigue codificar más bits por símbolo. Los cuatro símbolos son 00, 01, 10 y 11, ahora tenemos dos bits empaquetados por símbolo. Cada uno corresponde a una cierta frecuencia discreta. Se tiene así una tasa de datos de hasta 2 Mbps. La representación de los cuatro símbolos en frecuencia se muestra en la siguiente figura.

Ilustración 2-23: Señales 4-GFSK

2.3.3.2. PSK (Phase Shift Keying). La modulación por desplazamiento de fase o PSK es una forma de

modulación angular consistente en hacer variar la fase de la portadora entre un número finito de ángulos. Esta modulación es usada por OFDM. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en ésta la variación de




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fase es continua, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, tiene un número de estados limitado.

Dependiendo del número de posibles fases a tomar, recibe diferentes denominaciones. Así tendremos BPSK con 2 fases (equivalente a PAM), QPSK con 4 fases (equivalente a QAM), 8-PSK con 8 fases y así sucesivamente. A mayor número de posibles fases, mayor es la cantidad de información que se puede transmitir utilizando el mismo ancho de banda, pero mayor es también su sensibilidad frente a ruidos e interferencias.

La gran ventaja de las modulaciones PSK es que la potencia de todos los

símbolos es la misma, por lo que se simplifica el diseño de los amplificadores y etapas receptoras (reduciendo costes) dado que la potencia de la fuente es constante. Las modulaciones BPSK y QPSK en particular, son óptimas desde el punto de vista de protección frente a errores.

2.3.3.3. DPSK (Differential phase shift keying). Existen dos alternativas de modulación PSK: PSK convencional, donde se

tienen en cuenta los desplazamientos de fase y PSK diferencial o DPSK, en la cual se consideran las transiciones.

DPSK es la técnica usada por DSSS y significa (en español) modulación

diferencial por desplazamiento en la fase. En una modulación diferencial lo importante no es la forma de la onda, si no los cambios que se producen en ella respecto a la anterior. La codificación diferencial no permite una detección del todo óptima, pero tampoco se necesita un control excesivo sobre la fase de la portadora. Este tipo de modulaciones, como la información va en la fase y no en la amplitud, son relativamente inmunes al ruido, que suele afectar a la amplitud. Además utiliza una electrónica más simple y barata.

El problema de DPSK es que si cometemos un error en la recepción, como

para la siguiente decodificación nos basaremos en la actual, el error tiende a propagarse a intervalos adyacentes. Este problema no se presenta en su versión no diferencial, PSK.

Las dos modulaciones diferenciales usadas son DBPSK y DQPSK. El

formato más simple es DBPSK, en este sólo se detectará un cambio en la fase de la portadora. Si en lugar de un bit por símbolo queremos usar más carga de datos por símbolo, a fin de aumentar la tasa de transmisión, usaremos DQPSK. Con DBPSK se conseguirán tasas de transmisión en DSSS de 1 Mbps, llegando a los 2 Mbps si la




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elección es DQPSK. Si las condiciones del medio son muy adversas se deberá trabajar con DBPSK, por ser una modulación más robusta.

2.3.3.4. Otras Modulaciones CCK (Complementary Code Keying) es la modulación usada por el

estándar 802.11b para conseguir velocidades de 5’5 y 11Mbps. Esta técnica sirve para modular los datos a la vez que para ensanchar la señal y fue adoptada para reemplazar al código de Baker.

El flujo de datos a enviar se divide en grupos de 8 bits. Cada grupo de 8 bits

se empleará para codificar los parámetros de fase, que más tarde darán lugar a la palabra de código. La equivalencia entre los bits de un grupo y la fase a la que representan está basada en la modulación DQPSK. La palabra de código en CCK (generada a partir de los grupos de 8 bits) poseerá una longitud de 8 chips y será utilizada a su vez para ensanchar esos 8 bits de información.

Ilustración 2-24: Modulador DQPSK-CCK

PBCC (Packet Binary Convolutional Coding) es una modulación que fue

adoptada por el comité IEEE 802.11b como complemento opcional a la obligatoria CCK debido a que se pensó que podría ofrecer mayor robustez para aplicaciones futuras. Utiliza una estructura de código diferente a la de CCK y su constelación de señal es más compleja. PBCC usa una 8-PSK frente a la DQPSK empleada por CCK. Usando 8-PSK, PBCC es capaz de alcanzar 22 Mbps de tasa de transmisión, aunque no se aprovecha la totalidad de la tasa potencial que ofrece este método. Esta modulación posee una buena respuesta a la interferencia, y al efecto multitrayecto sólo si se emplean complejos ecualizadores. Además, el proceso de decodificación es muy complejo y no está aprobada por los organismos reguladores.




51

2.4. La capa MAC Como vimos anteriormente, el nivel de enlace de la familia 802.11 se divide a su

vez en dos subniveles: MAC y LLC. Este apartado se dedica al estudio del subnivel MAC o de Control de Acceso al Medio, situado entre cualquiera de los diferentes niveles físicos estudiados antes y el subnivel LLC (Logical Link Control).

Tenemos un medio, en nuestro caso el aire, compartido por una serie de

estaciones, todas ellas queriendo transmitir. Sin embargo sólo una de ellas puede acceder al canal en cada momento. Los métodos de acceso al medio permiten regular el uso del canal de la mejor manera posible, atendiendo a cuatro criterios principalmente: retardo de acceso, caudal efectivo, equidad y simplicidad. La capa MAC proporciona el mecanismo de control de acceso al medio compartido y cada estación y punto de acceso debe implementar una capa MAC.

La arquitectura MAC se compone de dos funcionalidades: la función de

coordinación puntual (PCF) y la función de coordinación distribuida (DCF). Cada una de estas funciones define un modo de acceso para las estaciones que conforman la red. La DCF se usa para servicios que acceden al medio mediante contienda con otros usuarios (acceso aleatorio) y la PCF para servicios libres de contienda (acceso determinista).

Ilustración 2-25: Modelo de referencia de la capa MAC

Además la capa MAC proporcionará otros servicios básicos específicos de la

tecnología inalámbrica como son la gestión de movilidad, la gestión de potencia, la

Capa física

Función de Coordinación Distribuida (DFC)

Subnivel MAC

Función de Coordinación Puntual

(PFC)




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sincronización y funciones de seguridad. Todo esto lo veremos con detalle a continuación.

2.4.1. Función de Coordinación Distribuida Definimos función de coordinación como la funcionalidad que determina

cuándo una estación puede transmitir y/o recibir unidades de datos de protocolo de nivel MAC a través del medio inalámbrico. En el nivel inferior del subnivel MAC se encuentra la función de coordinación distribuida (DFC) y su funcionamiento se basa en técnicas de acceso aleatorias de contienda por el medio.

El tráfico que se transmite bajo esta funcionalidad es de carácter asíncrono ya

que estas técnicas de contienda introducen retardos aleatorios no predecibles por lo que no son tolerados por los servicios síncronos.

Sus características las podemos resumir en estos puntos:

Utiliza MACA (CSMA/CA con RTS/CTS) como protocolo de acceso al medio.

Utiliza los reconocimientos (ACKs), provocando retransmisiones si no se reciben.

Usa NAV (Network Allocation Vector) para que todos los nodos que estén escuchando conozcan cuándo volverá a quedar libre el canal.

Implementa fragmentación y reensamblado de datos

Concede prioridad a tramas mediante el espaciado entre tramas (IFS)

2.4.1.1. Protocolo de Acceso al Medio CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) El protocolo básico de acceso de Ethernet (estándar IEEE 802.3) es el

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Esta técnica consiste en lo siguiente: las estaciones antes de transmitir miran primero si hay otra haciéndolo. Si no es así intentan transmitir ellas, manteniéndose a la escucha del canal. Si aprecian diferencia entre la señal del canal y su señal suponen que ha ocurrido una colisión (detección de colisión). En ese momento dejan de transmitir el paquete y difunden una señal especial (señal de jamming) para avisar al resto de




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estaciones que deben descartar el paquete. Después esperan un tiempo aleatorio antes de volver a intentar transmitir.

Dado que es muy costoso implementar radiorreceptores que transmitan y reciban al mismo tiempo, la técnica empleada en 802.11 es CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) o Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Evasión de Colisiones. La diferencia principal radica en la detección de colisiones, ya que en el aire es difícil detectar una colisión, lo que hace que CSMA/CA intente evitar las colisiones (Collision Avoidance).

Para entender claramente el funcionamiento de CSMA/CA utilizaremos un

ejemplo:

Ilustración 2-26: Funcionamiento de CSMA/CA

Supongamos que una estación “A” desea transmitir una trama hacia “B” y

detecta que el canal está libre. “A” espera el tiempo DIFS (50ms) y a continuación empieza a transmitir. De esta forma se asegura que cualquier trama emitida en la red irá separada de la anterior al menos por este espacio de tiempo.

Una vez ha terminado de emitir su trama, “A” espera una confirmación

(ACK) de “B”. Dicha confirmación es un mensaje de alta prioridad, por lo que no ha de esperar el tiempo habitual DIFS después de que termine la trama de “A”, sino que sólo ha de esperar el tiempo SIFS (10ms).

Emisor (A)

Receptor (B)

Segundo Emisor (C)

DIFS (50ms)

Trama de Datos

ACK

DIFS

SIFS (10ms)

Siguiente trama

Tiempo de retención (Carrier Sense)

Ventana de contienda (Algoritmo de Backoff)

DIFS: DCF (Distributed Coordination Function) Inter Frame Space SIFS: Short InterFrame Space




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En algún momento durante la emisión de la trama de “A”, un segundo emisor “C” desea enviar una trama a una estación “D” (no mostrado en la figura). “C” escucha el canal y comprueba que está ocupado, por lo que espera hasta que termine la transacción actual.

Cuando la transmisión de la trama de “A” a “B” termina, “C”, que seguía a

la escucha, detecta el canal libre y comienza un tiempo de espera DIFS. Como el canal vuelve a estar ocupado a los SIFS segundos (10ms) por el ACK de “B” y no se ha llegado a producir una pausa lo bastante grande (el tiempo esperado ha sido menor que DIFS, 50ms), “C” seguirá esperando hasta el fin del ACK.

Cuando por fin termina el ACK de “B”, “C” comienza de nuevo el tiempo

de espera que ahora sí es lo suficientemente grande (esta vez el tiempo de espera ha sido mayor o igual que DIFS, 50ms). Pero ahora no transmite de inmediato sino que la estación ejecuta el llamado algoritmo de Backoff, según el cual se determina otra espera adicional y aleatoria escogida uniformemente entre un intervalo [CWmín, CWmáx] llamado ventana de contienda (CW). El algoritmo de Backoff nos da un número aleatorio y entero de ranuras temporales (slot time) y su función es la de reducir la probabilidad de colisión con otras estaciones que pudieran también estar observando el proceso de “A” y “B” y esperando para transmitir a continuación.

Mientras se ejecuta la espera marcada por el algoritmo de Backoff, “C”

continúa escuchando el medio. Si durante la ventana de congestión asignada “C” detecta que alguna estación transmite, congelará su contador de tiempo aleatorio para volver a activarlo un tiempo DIFS (50ms) después de que haya cesado toda actividad. Si por el contrario no detecta actividad alguna, la espera proseguirá hasta consumir todas las ranuras temporales asignadas.

Colisiones Las colisiones pueden producirse porque dos estaciones a la espera elijan el

mismo número de intervalos (mismo tiempo aleatorio) para transmitir después de la emisión en curso. En este caso la estación repite el proceso antes descrito, pero al tratarse de un segundo intento esta vez se amplía el rango de intervalos para la elección del tiempo aleatorio. El número de intervalos crece de forma exponencial hasta un valor máximo a partir del cual el contador se reinicia y el proceso se repite desde el principio. El proceso es similar a Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión sino que infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK esperado.




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También se produce una colisión cuando dos estaciones deciden transmitir a la vez, o casi a la vez. Pero este riesgo es mínimo.

El problema de CSMA/CA en entornos inalámbricos CSMA/CA en un entorno inalámbrico y celular presenta dos problemas

principalmente:

Estación oculta. Una estación cree que el canal está libre, pero en realidad está ocupado por otro nodo al que no oye.

Estación expuesta. Una estación cree que el canal está ocupado, pero en realidad está libre pues el nodo al que oye no le interferiría para transmitir a otro destino.

Esto provoca conflictos como el que describimos en la ilustración 2-27. Supongamos que “A” quiere enviar una trama a “B”. “A” detecta que el

canal está libre y empieza a transmitir. Instantes más tarde, cuando “A” está aún transmitiendo, “C” quiere también enviar una trama a “B”; “C” detecta que el canal está libre, ya que el no está recibiendo la emisión de “A” pues se encuentra fuera de su radio de cobertura. Por tanto “C” empieza a transmitir y en “B” se produce una colisión. Como consecuencia “B” no recibe correctamente ni la trama de “A” ni la trama de ”C”.




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Ilustración 2-27: Problema de la estación oculta

MACA (MultiAccess Collision Avoidance) La solución que propone 802.11 al problema de la estación oculta/expuesta

es complementar el protocolo CSMA/CA con el intercambio de mensajes RTS y CTS. Antes de transmitir el emisor envía una trama RTS (Request to Send), indicando la longitud de datos que quiere enviar. El receptor le contesta con una trama CTS (Clear to Send), repitiendo la longitud. Al recibir el CTS, el emisor envía sus datos.

El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual Carrier Sense. Y

el uso conjunto de CSMA/CA y RTS/CTS conforma el llamado protocolo MACA (MultiAccess Colision Avoidance). Veamos cómo se soluciona el problema planteado en la ilustración anterior con el uso de este protocolo.

El emisor “A” envía un mensaje RTS a “B” en el que le advierte de su deseo

de enviarle una trama; además en dicho mensaje “A” le informa de la longitud de la misma. Este mensaje no es recibido por “C”.

Como respuesta al mensaje de “A”, “B” envía un CTS en le que le confirma

su disposición a recibir la trama que “A” le anuncia. Dicho mensaje CTS lleva

Alcance de B Alcance de C Alcance de A

A B C

1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite

2: Mientras A está transmitiendo C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio libre (pues no capta la emisión de A) y transmite

3: Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas

3

70 m 70 m

1 2




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también indicada la longitud de la trama que “B” espera recibir de “A”. “C” no recibe el mensaje RTS enviado por “A”, pero sí recibe el CTS enviado por “B”. Del contenido del mensaje CTS, “C” puede deducir por cuanto tiempo estará ocupado el canal que comparte con “B”, pues el mensaje incluye indicación de la longitud de la trama a transmitir y “C” conoce la velocidad con que se realiza la transmisión.

Ilustración 2-28: Intercambio de mensajes RTS/CTS

2.4.1.2. NAV (Network Allocation Vector) Las estaciones tienen un conocimiento específico de cuándo va a finalizar el

periodo de reserva del canal de la estación que está transmitiendo/recibiendo en ese momento. Esto se hace a través de una variable llamada NAV (Network Allocation Vector) que mantendrá una predicción de cuando el medio quedará liberado. Tanto al enviar un RTS como al recibir un CTS, se envía el campo Duration/ID con el valor reservado para la transmisión y el subsiguiente

Alcance de B Alcance de C Alcance de A

A B C

1. Antes de transmitir la trama, A envía un RTS a B: “quiero transmitir a B una trama de 500bytes”

3. C no capta el RTS pero sí el CTS: “No puedo transmitir en un periodo equivalente de 500 bytes

2. B responde con un CTS: “OK, envíame esa trama de 500 bytes”

1: RTS

2: CTS 3: CTS

4: Trama

5: ACK

4 y 5. A envía la trama y recibe la confirmación de B




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reconocimiento Las estaciones que estén a la escucha modificarán su NAV según el valor de este campo Duration/ID. En realidad, hay una serie de normas para modificar el NAV, una de ellas es que el NAV siempre se situará al valor más alto de entre los que se disponga.

Ilustración 2-29: NAV

2.4.1.3. Fragmentación Y Reensamblado Muchas de las interferencias que se producen en las transmisiones por radio

afectan la emisión en intervalos muy cortos de tiempo. En estos casos la transmisión de tramas grandes resulta especialmente comprometida, pues el riesgo de que una interferencia estropee toda la emisión es muy grande. En situaciones de elevada tasa de error del medio físico es preferible manejar tramas de pequeño tamaño. Sin embargo el nivel de red, que no tiene un conocimiento de la situación de la red inalámbrica, suministra el paquete al nivel de enlace para que lo envíe en una única trama. Por este motivo el nivel MAC de 802.11 prevé un mecanismo por el cual el emisor puede, si lo considera conveniente, fragmentar la trama a enviar en otras más pequeñas. El receptor a su vez reensamblará la trama original para que sea entregada a los niveles superiores, con lo que la fragmentación actuará de forma transparente a ellos.

En el caso de producirse fragmentación cada fragmento se enviará

siguiendo el mecanismo de CSMA/CA antes descrito, y recibirá el correspondiente ACK del receptor. Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que, en caso necesario, es retransmitido por separado. El overhead (o sobrecabecera) que puede

Emisor (A)

Receptor (B)

Otras estaciones

SIFS (10ms)

RTS

ACK

DIFS (50ms)

SIFS (10ms)

TRAMA DE DATOS

Ventana de contienda (Algoritmo de Backoff)

CTS

SIFS (10ms)

NAV (RTS)

NAV (CTS)




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introducir el uso de la fragmentación es considerable, pero puede ser rentable cuando la red tiene mucho ruido. Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentar las tramas grandes para que tengan más probabilidad de llegar al receptor. Todas las estaciones están obligadas a soportar la fragmentación en recepción, pero no en transmisión.

2.4.2. Función de Coordinación Puntual La otra forma de acceso al medio se basa en la función de coordinación puntual

(PFC). Con esta función se pueden transmitir tramas sin tener que pasar por una contienda para ganar el medio, lo que puede ser útil para tramas en las que el tiempo de procesado es crítico como la transmisión de voz o vídeo. Esta funcionalidad está pensada para servicios de tipo síncrono que no toleran retardos aleatorios en el acceso al medio.

Existe un nodo organizador o director, llamado punto de coordinación o PC. El

punto de coordinación se encuentra ubicado en el punto de acceso y controla las transmisiones de tramas por parte de las estaciones. Al principio de un periodo libre de contienda, PC gana el control del medio dado que sólo espera un intervalo PIFS, intervalo menor que el del resto de las estaciones que operan bajo DFC. Entonces enviará una trama de configuración CF-Poll (trama Beacon) a cada estación que pueda transmitir en PFC, concediéndole el poder de transmisión. Esta trama incluye el campo CF (Contention Free) con los parámetros establecidos para el periodo libre de contienda, y cuando las estaciones la reciban, actualizarán su NAV al valor que se indique. El PC mantendrá una lista con todos los datos de las estaciones que se han asociado al modo PFC. La concesión de transmisiones será por riguroso listado y no permitirá que una estación envíe dos tramas hasta que la lista se haya completado.

DCF y PFC pueden operar conjuntamente en una misma celda dentro de una

estructura llamada supertrama. Una parte de esta supertrama se asigna al periodo de contienda permitiendo al subconjunto de estaciones que lo requieran transmitir bajo mecanismos aleatorios. Una vez finaliza este periodo, el punto de acceso toma el medio y se inicia un periodo libre de contienda en el que pueden transmitir el resto de estaciones de la celda que utilizan técnicas deterministas.

2.4.3. Formato de trama MAC Hay tres tipos de tramas MAC:




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Tramas de datos: usadas para la transmisión de datos

Tramas de control: usadas para el control de acceso al medio (p.e. RTS/CTS)

Tramas de gestión: se transmiten de la misma forma que las tramas de datos pero contienen información de gestión y no pasan a las capas superiores.

Cada uno de estos tipos está dividido a su vez en subtipos que dependerán de la función específica de la trama.

Todas las tramas IEEE 802.11 están formadas por los siguientes campos:

Preámbulo Cabecera PLCP Datos MAC

Ilustración 2-30: Formato de una trama IEEE 802.11 genérica

2.4.3.1. Preámbulo Es dependiente del medio físico e incluye dos campos:

Synch: secuencia de 80 bits para seleccionar la antena adecuada (si

trabajamos en diversidad) y para sincronización

SFD (Starter Frame Delimiter): consiste en un patrón de 16 bits (0000 1100 1011 1101 ) para la delimitación y temporización de la trama.

2.4.3.2. Cabecera PLCP Contiene información lógica que usará la capa física para decodificar la

trama.

2.4.3.3. Datos MAC La trama MAC genérica tiene los siguientes campos:

Octetos:

2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 Control Trama

Duration/ID Add1 Add2 Add3 Control Secuencia

Add4 Cuerpo de trama CRC

Ilustración 2-31: Formato de una trama MAC genérica

Cabecera MAC




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Control de Trama. Lo examinaremos aparte más abajo.

Duration/ID. Tiene dos significados dependiendo del tipo de trama. En tramas del tipo Power-Save para dispositivos con limitaciones de potencia, contiene el identificador de estación. En el resto de tramas, es el valor reservado para la transmisión, usado para el cálculo de NAV.

Campos Address1-4. Contiene las direcciones de 48 bits (direcciones MAC) de la estación que transmite, la que recibe, el punto de acceso origen y el punto de acceso destino.

Control de secuencia. Contiene tanto el número de secuencia como el número de fragmento en la trama que se está enviando.

Cuerpo de la trama. Varía según el tipo de trama que se quiere enviar.

FCS. Contiene el checksum.

Control de Trama Los campos de control de trama tienen el formato siguiente:

Octetos:

2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 Protocol Versión

Type Subtype To DS From DS

More Frag

Retry Pwr Mng

More Data

WEP Order

Ilustración 2-32: Contenido del campo Control de Trama

Protocol Version: para expansiones futuras.

Type/Subtype: Type identifica si la trama es del tipo de datos, control o gestión; Subtype identifica el subtipo dentro de cada uno de estos tipos.

ToDS/FromDS: Indica si la trama se envía/recibe al/del sistema de distribución.

More Fragments: Se activa si se usa fragmentación.

Retry: Se activa si la trama es una retransmisión.

Power Management: Se activa si se utiliza el modo ahorro de energía.




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More Data: Se activa si la estación tiene tramas pendientes en un punto de acceso.

WEP: Se activa si se usa el mecanismo de autenticación y encriptado.

Order: Se utiliza con el servicio de ordenamiento estricto.

2.4.4. Servicios básicos y gestión de movilidad Cuando una estación quiere acceder a una BSS existente, primero necesita

obtener información de sincronización, bien del punto de acceso si estamos trabajando en modo infraestructura, o bien de otra estación si estamos trabajando en el modo Ad Hoc. La estación puede obtener esta información mediante dos métodos:

Escaneado pasivo: en este caso la estación espera a recibir una trama Beacon

del AP. La trama Beacon, como explicamos posteriormente, es una trama de guía enviada periódicamente (10 veces por segundo) por el AP y que contiene información de sincronización.

Escaneado activo: en este caso la estación intenta encontrar un punto de acceso transmitiendo una trama Probe Request, y esperando la respuesta por parte del AP, Probe Response.

Una vez que la estación ha encontrado un punto de acceso y decide unirse a su célula, deberá autenticarse. El proceso de autenticación es el paso previo a la asociación, absolutamente necesario, en el que la estación se identifica al AP, y éste verifica su identidad. Si responde positivamente, la estación quedará registrada en su tabla de direcciones MAC. Si por el contrario le deniega el permiso, la estación no podrá asociarse a la célula. Desautenticación es el proceso inverso por el cual una estación solicita darse de baja en la lista de equipos permitidos.

Terminado el proceso de autenticación, comenzará el proceso de asociación que consiste en el intercambio de información entre AP y estación sobre sus capacidades. Este proceso permite conocer al AP la posición actual de la estación, y sólo después de finalizarlo la estación sería capaz de transmitir y recibir tramas.

Los equipos gestionan el envío de datos hacia y desde la célula. La información

se transmite con privacidad.




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El AP se comportará como un puente inalámbrico y/o como un portal entre las estaciones de su celda y el sistema de distribución. Se encargará de la distribución de un paquete desde el punto de acceso origen hasta el punto de acceso destino, si es que el destino es otra estación de la WLAN; o se encargará de la función de integración o pasarela si el destino son otras redes o sistemas IEEE 802.x (se encargará de aspectos necesarios como el redireccionamiento).

Si una estación se mueve y cambia de celda detectará otro AP con señal más potente y cambiará su registro. Esto permite la itinerancia o roaming que no es más que el movimiento de una estación de una célula a otra sin que las conexiones se corten. Esta función es similar al handover de la telefonía móvil con dos diferencias principalmente:

En una WLAN (red de conmutación de paquetes) la transición de célula a

célula debe ser llevada a cabo entre transmisiones de paquetes, justo al contrario de lo que ocurre en GSM (red de conmutación de circuitos) donde la transición debe ocurrir durante una conversación telefónica. Esto hace que para las WLANs sea un poco más “sencillo”.

Una desconexión temporal puede no afectar a la conversación en su sistema de voz, pero en una WLAN, donde las retransmisiones sí son procedentes, reduciría el rendimiento significativamente.

El estándar 802.11 no define cómo debería de llevarse a cabo el roaming pero sí define las herramientas básicas para ello. Éstas son el escaneado pasivo/activo, explicado anteriormente; y el proceso de reasociación, que consiste en el cambio de punto de acceso asociado por parte de una estación. Este cambio se produce cuando el AP al que se encuentra asociado en esos momentos no le proporciona la calidad suficiente, y es la propia estación quien decide cuándo ocurre esto. Entonces realiza una búsqueda para encontrar otro AP. El terminal envía una petición de reasociación al nuevo AP. Si la petición no es aceptada el terminal busca otro AP. Si la petición de reasociación es aceptada, el AP notifica el proceso al sistema de distribución, siendo informado el antiguo AP.

2.4.5. Gestión de potencia Las Wireless LANs están relacionadas con aplicaciones móviles, y en este tipo

de aplicaciones la energía es un recurso escaso. De hecho mucho de los dispositivos de las WLANs trabajan con baterías. Por este motivo el estándar 802.11 dedica un apartado del estándar a la gestión de potencia. En concreto define un modo de




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operación de bajo consumo o de potencia limitada que permite a las estaciones “hibernar” durante periodos largos de tiempo sin que conlleve pérdidas de información. A este mecanismo de ahorro de energía se le denomina Power Saving y a las estaciones bajo este modo de funcionamiento, PS-STAs (Power Save Stations).

El control de este tipo de estaciones lo llevará el punto de acceso, que tendrá

conocimiento de qué estación se ha asociado en este modo. La idea es que los APs mantengan un registro actualizado de todas las PS-STAs y almacenen los paquetes direccionados a éstas, bien hasta que las estaciones los requieran, bien hasta que decidan cambiar de modo de operación. De esta manera, estas estaciones recibirán la información con un desgaste mínimo de potencia.

Antes de “echarse a dormir” las estaciones deben avisar a su AP, para que

retenga las tramas que se les envíen durante ese tiempo. Periódicamente las estaciones dormidas han de “despertarse” y escuchar si el AP tiene algo para ellos. Si es así el punto de acceso le enviará una trama TIM o Traffic Indication Map para que la estación despierte en el próximo intervalo de portadora. Si las estaciones no solicitan las tramas retenidas pasado un tiempo, el AP las descartará.

2.4.6. Sincronización La sincronización entre estaciones se consigue mediante una función de

sincronización (TSF). Según el modo de funcionamiento ésta será de una manera u otra, aunque nosotros nos centraremos sólo en la TSF para el modo infraestructura.

En el modo infraestructura todas las estaciones sincronizan su reloj de acuerdo

con el reloj del punto de acceso, de tal manera que éste enviará el valor de su reloj en el momento de la transmisión en una trama portadora o Beacon. Las estaciones receptoras comprueban su reloj en el momento de recepción, y lo corrigen para mantenerlo sincronizado con el reloj del AP.




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2.5. Seguridad Uno de los problemas más graves a los que se enfrenta WiFi es la seguridad ya

que de por sí, el aire es un medio de propagación de libre acceso, y por tanto una red inalámbrica puede verse sometida a escuchas ilegales, acceso no autorizado, usurpación y suplantación de identidad, interferencias aleatorias, denegación de servicio, etc. Para evitar todo esto es imprescindible dotar a las redes inalámbricas de unos determinados mecanismos que garanticen la seguridad de la comunicación.

La siguiente imagen muestra los niveles principales en los que se centra la

seguridad de una WLAN y en los que nosotros haremos hincapié a continuación

Ilustración 2-33: Niveles de seguridad en una WLAN

2.5.1. SSID El “Service Set ID” (SSID) es una cadena de generalmente 32 caracteres

alfanuméricos que identifican a nuestra Wireless Local Area Network. Algunos fabricantes se refieren al SSID como el nombre de nuestra WLAN, aunque en realidad es algo más que el simple nombre. Para que los dispositivos de nuestra WLAN se comuniquen los unos con los otros deben de ser todos configurados con el mismo SSID. Diferentes SSIDs permitirán la superposición de redes inalámbricas.




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Existen dos tipos de identificadores para una red inalámbrica. En una red Ad Hoc (sin puntos de acceso) el identificador es llamado Basic Service Set Identification o BSSID. En una red en modo infraestructura (incluye puntos de acceso) el identificador es el Extended Service Set Identification o ESSID, al cual nos referimos, sin pérdida de generalidad, como SSID.

Existen dos estrategias de seguridad con respecto al SSID. La primera es cambiar el SSID que tiene asignado nuestro punto de acceso por

defecto (los fabricantes asignan a sus dispositivos SSID genéricos que son conocidos o fácilmente obtenibles). De esta forma no se ofrece protección extra a los clientes de la red, pero será más difícil para los intrusos buscar una red concreta, saber exactamente a dónde van a acceder o conocer el fabricante de nuestro punto de acceso. El cambio hay que hacerlo como si se tratara de una contraseña, es decir, no revelar información de nuestra WLAN como su localización, su contenido o cosas así. La elección del SSID, como cualquier otra contraseña, debe seguir las reglas básicas de éstas, o sea, un conjunto de caracteres (letras, números o símbolos) que no tengan ningún significado.

La segunda es ocultar el SSID de nuestra WLAN. Sería como tener una

“contraseña” sin la cual el cliente no podrá conectarse a la red (si no sabemos el nombre de la red a la que queremos conectarnos no podemos conectarnos). Pero este nivel de seguridad es fácilmente sobrepasado porque existen métodos alternativos para averiguar el SSID oculto como la captura y posterior análisis de las tramas de asociación.

2.5.2. Filtrado de direcciones MAC Este método consiste en definir listas de control de acceso (ACL, “Access

Control List”) en los puntos de acceso. Cada uno de estos puntos puede contar con una relación de las direcciones MAC (direcciones físicas de 48 bits que nos suministra el fabricante y que identifican unívocamente a cada dispositivo físico) de cada uno de los clientes que queremos que se conecten a nuestra red inalámbrica. Cada tarjeta de red o adaptador inalámbrico cuenta con una dirección MAC que lo identifica de forma inequívoca, y si el punto de acceso no la tiene dada de alta, simplemente no recibirá contestación por su parte.

Este método tiene como ventaja su sencillez, por lo cual se puede usar para

redes pequeñas. Sin embargo, posee varias desventajas que no lo hacen práctico para uso en redes grandes, tales como:




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Cada vez que se desee autorizar o dar de baja un equipo, es necesario editar las tablas de direcciones de todos los puntos de acceso. Después de cierto número de equipos o de puntos de acceso, la situación se vuelve inmanejable.

Las direcciones MAC viajan sin cifrar por el aire. Un atacante podría capturar direcciones MAC de tarjetas matriculadas en la red empleando un sniffer, y luego asignarle una de estas direcciones capturadas a la tarjeta de su computador, empleando programas tales como AirJack o WellenReiter. De este modo, el atacante puede hacerse pasar por un cliente válido.

En caso de robo del adaptador inalámbrico, el ladrón dispondrá de un dispositivo que la red reconoce como válido.

Debe notarse además, que este método no garantiza la confidencialidad de la información transmitida, ya que no prevé ningún mecanismo de cifrado, por lo tanto debería usarse conjuntamente con uno.

2.5.3. WEP (Wired Equivalent Privacy) WEP es el método de seguridad original del protocolo 802.11 que permite la

autenticación de los usuarios y el encriptado de los datos. En la actualidad está obsoleto ya que presenta numerosas debilidades que lo hacen inseguro.

2.5.3.1. Autenticación WEP Un punto de acceso debe de autenticar a una estación antes de que ésta se

asocie al AP. Es importante recalcar que lo que se autentica con WEP son las estaciones, y no los usuarios. El estándar IEEE 802.11 define dos tipos de autenticación:

Open System Authentication El Sistema de Autenticación Abierta es el protocolo de autenticación por

defecto para 802.11 por el cual el sistema autentica a cualquiera que lo requiera incluso sin aportar la clave WEP correcta. Es como considerar que no hay autenticación, es decir, la estación puede asociarse a cualquier punto de acceso. Esto se usa normalmente cuando se tiene un interés especial en la facilidad de uso, y el administrador de red no tiene preocupación por la seguridad.




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Ilustración 2-34: Open System Authentication

Shared Key Authentication El Sistema de Autenticación de Clave Compartida usa un mecanismo de

desafío/respuesta con una clave secreta (de 64 o 128 bits) compartida por la estación y el punto de acceso, de manera que se niega el acceso a todo aquel que no tenga la clave asignada.

La estación envía una solicitud de autenticación al AP, y éste le responde

con un texto desafío de 128 octetos generado con un generador de números pseudo-aleatorios (PRGN), la clave secreta y el vector de inicialización (IV). La estación debe encriptar el texto de desafio con ayuda de su clave WEP y el IV, y enviarlo al punto de acceso. El AP lo desencriptará y lo comparará con el texto de desafío original. Si coinciden autenticará a la estación. En caso contrario fallará la autenticación (ocurrirá si el cliente tiene la clave errónea o no tiene clave). El proceso se muestra en la siguiente ilustración.

Ilustración 2-35: Shared Key Authentication




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2.5.3.2. Encriptación WEP La clave compartida que se usará para encriptar o desencriptar las tramas

de datos, es la misma que se usa para la autenticación, lo que puede ser considerado un riesgo de seguridad. WEP utiliza el algoritmo RC4 para ello, con claves de 64 o 128 bits. Veremos que en realidad son 40 ó 104 bits respectivamente, ya que los otros 24 van en el paquete como Vector de Inicialización (IV). No veremos el proceso de encriptado/desencriptado. Tan sólo destacar que usando claves de 104 bits un cracker tardaría mucho más tiempo en descifrarla que usando una de 40 bits.

2.5.3.3. Debilidades de WEP En principio WEP fue diseñado para evitar simples fisgoneos. A

continuación enumeramos las debilidades más importantes que hacen de WEP un método inseguro y fácilmente atacable:

1. Encriptación y autenticación comparten clave. La clave compartida

que se usa para encriptar y desencriptar las tramas de datos es la misma que la que se usa para la autenticación. Es un riesgo de seguridad alto, porque el que consigue sobrepasar el nivel de seguridad de autenticación sobrepasará automáticamente el de encriptación.

2. Los mensajes de autenticación pueden ser fácilmente falsificables.

WEP es un método de encriptación de datos y no un mecanismo de autenticación en sí, lo que provoca debilidades. Un atacante que utilice técnicas de monitorización para observar una autenticación exitosa, puede más tarde falsificar el proceso.

3. Actualizaciones y cambios de clave. Las redes inalámbricas que

utilizan esta tecnología tienen una única clave WEP compartida por todos los nodos de la red. Dado que la sincronización del cambio de claves resulta una tarea tediosa y difícil, éstas son modificadas con muy poca frecuencia, lo que reduce la seguridad.

4. Tamaño y reutilización de la clave y el IV. Es un inconveniente ya

que son consideradas de tamaño insuficiente. Además existe un 50% de probabilidad de que se reutilicen claves, por lo que las hacen fácilmente detectables.




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5. Algoritmo de encriptación. Inadecuado por dos motivos. El primero es que genera claves frágiles. Se considera que una clave es frágil cuando existe mayor correlación entre la clave y la salida de la que debería existir. El otro motivo es que está basado en CRC-32 que es un algoritmo excelente para la detección de ruido y errores comunes en la transmisión pero no como solución de criptografía.

2.5.4. WPA / WPA2 WPA (Wi-Fi Protected Access) es un estándar propuesto por los miembros de la

Wi-Fi Alliance (asociación que reúne a los grandes fabricantes para WLANs), en colaboración con la IEEE, para la seguridad de WLANs. Está basado en las especificaciones de 802.11i y es de obligatorio cumplimiento para todos los miembros de la Wi-Fi Alliance. Esta norma data del año 2003.

WPA intenta resolver las deficiencias de seguridad de WEP mejorando el

cifrado de los datos y ofreciendo un mecanismo de autenticación.

2.5.4.1. Autenticación Utilizará un método u otro según el modo de operación que configuremos

en el punto de acceso. De acuerdo con la complejidad de la red, habrá dos modalidades:

a) Modalidad de red empresarial. Para grandes empresas. El punto de

acceso emplea el protocolo EAP sobre 802.1x y RADIUS para la autenticación. Bajo esta modalidad se requiere de la existencia de un servidor de autenticación en la red.

b) Modalidad de red doméstica. . En el entorno del hogar o en pequeñas

empresas, en donde no se precisa llevar a cabo una compleja gestión de usuarios, el mecanismo de autenticación usado es PSK. Esta modalidad no requiere de servidor de autenticación.

PSK (Pre-Shared Key) Es un método de autenticación se basa en el uso de claves o contraseñas

introducidas manualmente. No necesita un servidor de autenticación por lo que resulta muy sencillo de implementar. Todo lo que necesitamos hacer es introducir una clave maestra o PSK en cada uno de los puntos de acceso y de las estaciones




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que conforman nuestra WLAN. Solamente podrán acceder al punto de acceso los dispositivos móviles cuya contraseña coincida con la del punto de acceso. Esta PSK nunca se transmite por el aire ni se utiliza para encriptar el flujo de datos, sino, simplemente para iniciar el proceso de claves dinámicas TKIP, por lo que es mucho más seguro que WEP. Se recomienda que las contraseñas empleadas sean largas (20 o más caracteres), porque ya se ha comprobado que WPA es vulnerable a ataques de diccionario si se utiliza una contraseña corta.

802.1x, EAP y RADIUS 802.1x es un protocolo de control de acceso y autenticación basado en la

arquitectura cliente/servidor que restringe la conexión de equipos no autorizados a una red. Fue inicialmente creado por la IEEE para uso en redes de área local cableadas, pero se ha extendido también a las redes inalámbricas. Prácticamente la totalidad de los puntos de acceso que se fabrican en la actualidad son compatibles con 802.1x.

El protocolo 802.1x involucra tres participantes (Ilustración 2-35):

El suplicante. Es aquella entidad que pretende tener acceso a los recursos de

la red. Por ejemplo, un usuario con un PC con adaptador inalámbrico que intenta conectarse a la WLAN.

El servidor de autenticación. Es la entidad que contiene toda la información necesaria para saber cuáles equipos y/o usuarios están autorizados para acceder a la red. Aporta la inteligencia al proceso ya que es el que realiza la negociación. Por ejemplo, un servidor RADIUS.

El autenticador. Es el equipo de red que recibe la conexión del suplicante. Actúa como intermediario entre el suplicante y el servidor de autenticación, y solamente permite el acceso del suplicante a la red cuando el servidor de autenticación así lo autoriza. En nuestro caso sería el punto de acceso.




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Ilustración 2-36: Arquitectura funcional del protocolo 802.1x

La autenticación se lleva a cabo mediante el protocolo EAP (Extensible

Authentication Protocol) y el servidor RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service), que actúan tal y como muestra el siguiente diagrama:

Ilustración 2-37: Diálogo EAPOL – RADIUS

Por último comentar que existen dos variantes del protocolo EAP según la

modalidad de autenticación que se emplee: las que emplean certificados de seguridad, y las que utilizan contraseñas. Las variantes de EAP que emplean certificados de seguridad son las siguientes: EAP-TLS, EAP-TTLS y PEAP; y las que utilizan contraseñas: EAP-MD5, LEAP y EAP-SPEKE.




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2.5.4.2. Encriptación WPA Para el cifrado WPA emplea el protocolo TKIP (Temporal Key Encryption

Protocol) que es más sofisticado criptológicamente hablando, y que resuelve notablemente las debilidades de WEP. Aporta importantes mejoras como son:

Proceso de encriptación independiente del proceso de autenticación.

Actualización de claves en cada envío de trama para evitar ataques que puedan revelarla. El cambio de clave es sincronizado entre las estaciones y el punto de acceso.

MIC (Message Integrity Check) o Función de Chequeo de Integridad del Mensaje también llamada Michael. Es una función que añade una comprobación de integridad de los datos más robusta que el habitual CRC y que incluye las direcciones físicas (MAC) del origen y del destino y los datos en texto plano de la trama 802.11. Esta medida protege contra los ataques por falsificación.

Mejoras de los algoritmos de cifrado de trama, de gestión y de generación de claves e IVs. Ahora son más robustos e incluyen privacidad e integridad de datos.

Utilización de un vector de inicialización IV extendido. De 24 pasa a 48 bits y se llama TSC (TKIP Sequence Counter) para protegerse contra ataques por repetición, descartando los paquetes recibidos fuera de orden

Mantiene la compatibilidad con WEP, y con el hardware utilizado anteriormente tan sólo mediante una actualización del firmware.

2.5.4.3. WPA2 Wi-Fi Protected Access 2 es un estándar de seguridad que surge como

evolución de WPA. La estructura es básicamente la misma pero presenta algunos elementos diferenciadores:

Método seguro IBSS para redes en modo Ad Hoc

Utilidades para VoIP en 802.11

Protocolo de encriptación mejorado: AES (Advanced Encrpytion Standard)




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WPA2 requiere de actualizaciones de hardware, por lo que se encuentra en fase de despliegue todavía.

2.5.4.4. ¿Es WPA/WPA2 perfecto? Evidentemente no. No existe un mecanismo de seguridad completamente

invulnerable, por lo que WPA/WPA2 también tiene sus puntos débiles y podrá ser mejorable. El principal de ellos es que es susceptible a ataques de denegación de servicio o DoS (Denial of Service) mediante el envío de paquetes basura (encriptados erróneamente) hacia la red. Si el punto de acceso recibe dos paquetes que no superan el código de integridad de mensaje (MIC) en un intervalo de 60 segundos, significará que la red está bajo un ataque activo, y como resultado el punto de acceso tomará medidas drásticas como la disociación de cada estación. Esto previene de ataques de DoS pero provocará la pérdida de conexión durante 60 segundos. A pesar de este inconveniente, WPA/WPA2 da un paso más adelante que WEP en la seguridad de las WLANs por lo que recomendamos su uso.




75

2.6. Principales protocolos de la familia IEEE 802.11 Una vez vistos todos los pormenores de la familia IEEE 802.11, veamos de una

manera esquemática sus principales protocolos y características. Lo hacemos en forma de tabla, en la siguiente página.

Además, dentro del IEEE 802.11 hay definidos una serie de grupos de trabajo

que se encargan de investigar y desarrollar diferentes protocolos que complementan a los estándares anteriores. Estos grupos son:

IEEE 802.11c. Define las características de los puntos de acceso para ser

utilizados como puentes.

IEEE 802.11d. Establece definiciones y requisitos para permitir que el estándar 802.11 opere en países en los que actualmente no se puede implantar el estándar.

IEEE 802.11e. Se podría definir como la implementación de características de QoS (“Quality of Service”) y multimedia para las redes 802.11a/b.

IEEE 802.11f. Básicamente, es una especificación que funciona bajo el estándar 802.11g y que se aplica a la intercomunicación entre puntos de acceso de distintos fabricantes, permitiendo el roaming o itinerancia de clientes.

IEEE 802.11h. Una evolución del IEEE 802.11a que permite asignación dinámica de canales y control automático de potencia para minimizar los efectos de posibles interferencias.

IEEE 802.11i. Este estándar permite incorporar mecanismos de seguridad para redes inalámbricas y ofrece una solución interoperable y un patrón robusto para asegurar datos.

IEEE 802.11x. Pretende mejorar los mecanismos de seguridad de la 802.11, con los protocolos de seguridad extendida (EAP).

IEEE 802.11 Super G. Estándar propietario que utiliza tecnología “pseudo MIMO” y que alcanza una velocidad máxima de transferencia de 108 Mbps. Es proporcionado por el chipset Atheros.




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Tabla 2-3: Principales estándares de la familia IEEE 802.11

802.11 legacy

802.11b

802.11a

802.11g

802.11n

Banda 2.4Ghz / 850-950nm 2.4GHz 5Ghz 2.4GHz 2.4GHz / 5GHz FHSS / DSSS / IR DSSS OFDM DSSS / OFDM Capa física

GFSK / DPSK DPSK sin/con CCK o PBCC

PSK / QAM DPSK / PSK / QAM MIMO / OFDM

Tasa máxima 2 Mbps 11Mbps 54 Mbps 54 Mbps 600 Mbps Throughput (*) 0.9 Mbps 4.5 Mbps 23 Mbps 20 Mbps 135 Mbps Alcance interior (*) 20m 40m 35m 40m 70m Alcance exterior (*) 100m 150m 120m 150m 300m Año 1997 1999 1999 2003 2008 Uso En desuso Muy extendido Poco extendido Extendido y creciente En desarrollo Rendimiento Buen rendimiento Rendimiento medio Mejor rendimiento Rendimiento medio Máximo rendimiento Consumo Bajo consumo Bajo consumo Mayor consumo Bajo consumo Canales sin solapamiento

No 3 canales simultáneos

12 canales simultáneos

Compatibilidad Incompatible con 802.11a

Incompatible con 802.11b

Compatible con 802.11b

Compatible con todos

Interferencias Bluetooth, microondas, DECT, … Bluetooth, microondas, …

Otras Necesita licencia en algunos países

(*) Valores aproximados




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CAPÍTULO 2: FAMILIA IEEE 802.11 ................................................ 26 2.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................26 2.2. ARQUITECTURA DE LA FAMILIA IEEE 802.11............................................................28

2.2.1. ARQUITECTURA LÓGICA-FUNCIONAL. COMPONENTES BÁSICOS .............................................28 2.2.2. MODELO DE REFERENCIA ....................................................................................................30 2.2.3. TOPOLOGÍAS DE RED ...........................................................................................................31

2.2.3.1. Modo Ad Hoc o IBSS (Independient Basic Service Set) ..............................................31 2.2.3.2. Modo Infraestructura o BSS (Basic Service Set)........................................................33 2.2.3.3. Modo BSS Extendido o ESS (Extended Service Set)....................................................33

2.3. LA CAPA FÍSICA ................................................................................................................35 2.3.1. ESPECTRO RADIOELÉCTRICO................................................................................................36 2.3.2. TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN ..........................................................................................37

2.3.2.1. Técnicas de Espectro Ensanchado.............................................................................37 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). .................................................................... 38 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)........................................................................... 40

2.3.2.2. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)..............................................45 2.3.2.3. Comparativa .............................................................................................................46

2.3.3. TÉCNICAS DE MODULACIÓN ................................................................................................47 2.3.3.1. GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). ................................................................47 2.3.3.2. PSK (Phase Shift Keying). .........................................................................................48 2.3.3.3. DPSK (Differential phase shift keying). .....................................................................49 2.3.3.4. Otras Modulaciones ..................................................................................................50

2.4. LA CAPA MAC....................................................................................................................51 2.4.1. FUNCIÓN DE COORDINACIÓN DISTRIBUIDA ..........................................................................52

2.4.1.1. Protocolo de Acceso al Medio ...................................................................................52 Colisiones........................................................................................................................... 54 MACA (MultiAccess Collision Avoidance)......................................................................... 56

2.4.1.2. NAV (Network Allocation Vector)..............................................................................57 2.4.1.3. Fragmentación Y Reensamblado ...............................................................................58

2.4.2. FUNCIÓN DE COORDINACIÓN PUNTUAL................................................................................59 2.4.3. FORMATO DE TRAMA MAC .................................................................................................59

2.4.3.1. Preámbulo ................................................................................................................60 2.4.3.2. Cabecera PLCP ........................................................................................................60 2.4.3.3. Datos MAC...............................................................................................................60

Control de Trama................................................................................................................ 61 2.4.4. SERVICIOS BÁSICOS Y GESTIÓN DE MOVILIDAD .....................................................................62 2.4.5. GESTIÓN DE POTENCIA ........................................................................................................63 2.4.6. SINCRONIZACIÓN ................................................................................................................64

2.5. SEGURIDAD........................................................................................................................65 2.5.1. SSID..................................................................................................................................65 2.5.2. FILTRADO DE DIRECCIONES MAC........................................................................................66 2.5.3. WEP (WIRED EQUIVALENT PRIVACY) .................................................................................67

2.5.3.1. Autenticación WEP ...................................................................................................67 Open System Authentication............................................................................................... 67 Shared Key Authentication.................................................................................................. 68

2.5.3.2. Encriptación WEP.....................................................................................................69 2.5.3.3. Debilidades de WEP..................................................................................................69

2.5.4. WPA / WPA2.....................................................................................................................70 2.5.4.1. Autenticación ............................................................................................................70

PSK (Pre-Shared Key) ........................................................................................................ 70




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802.1x, EAP y RADIUS ..................................................................................................... 71 2.5.4.2. Encriptación WPA.....................................................................................................73 2.5.4.3. WPA2 .......................................................................................................................73 2.5.4.4. ¿Es WPA/WPA2 perfecto?.........................................................................................74

2.6. PRINCIPALES PROTOCOLOS DE LA FAMILIA IEEE 802.11......................................75 ILUSTRACIÓN 2-1: ESTÁNDARES IEEE 802 ...........................................................................................26 ILUSTRACIÓN 2-2: ARQUITECTURA LÓGICA-FUNCIONAL DE IEEE 802.11 ...............................................28 ILUSTRACIÓN 2-3: ADAPTADORES INALÁMBRICOS ................................................................................29 ILUSTRACIÓN 2-4: MODELO OSI Y FAMILIA IEEE 802.11 .....................................................................30 ILUSTRACIÓN 2-5: MODELO DE REFERENCIA DETALLADO DE IEEE 802.11.............................................31 ILUSTRACIÓN 2-6: MODO AD HOC CON 2 ESTACIONES...........................................................................32 ILUSTRACIÓN 2-7: MODO AD HOC CON 4 ESTACIONES ..........................................................................32 ILUSTRACIÓN 2-8: MODO INFRAESTRUCTURA O BSS.............................................................................33 ILUSTRACIÓN 2-9: MODO ESS..............................................................................................................34 ILUSTRACIÓN 2-10: DIAGRAMA DESCRIPTIVO DE LA CAPA IEEE 802.11 Y SUS EXTENSIONES ..................35 ILUSTRACIÓN 2-11: FUNCIONAMIENTO FHSS .......................................................................................39 ILUSTRACIÓN 2-12: PROCEDIMIENTO DE ENSANCHADO. ........................................................................40 ILUSTRACIÓN 2-13: PROCESO DE CODIFICACIÓN....................................................................................41 ILUSTRACIÓN 2-14: ESQUEMA DEL TRANSMISOR DSSS .........................................................................41 ILUSTRACIÓN 2-15: EFECTO DEL ENSANCHADO SOBRE EL RUIDO. ..........................................................42 ILUSTRACIÓN 2-16: ESQUEMA DE UN RECEPTOR DSSS..........................................................................42 ILUSTRACIÓN 2-17: FUNCIONAMIENTO DSSS .......................................................................................43 ILUSTRACIÓN 2-18: DISTRIBUICIÓN DE CANALES DSSS.........................................................................44 ILUSTRACIÓN 2-19: CANALES NO SOLAPADOS .......................................................................................44 ILUSTRACIÓN 2-20: DISTRIBUCIÓN DE CELDAS Y CANALES ....................................................................45 ILUSTRACIÓN 2-21: SUBPORTADORAS ORTOGONALES DE OFDM...........................................................45 ILUSTRACIÓN 2-22: SEÑALES 2-GFSK..................................................................................................48 ILUSTRACIÓN 2-23: SEÑALES 4-GFSK..................................................................................................48 ILUSTRACIÓN 2-24: MODULADOR DQPSK-CCK...................................................................................50 ILUSTRACIÓN 2-25: MODELO DE REFERENCIA DE LA CAPA MAC ...........................................................51 ILUSTRACIÓN 2-26: FUNCIONAMIENTO DE CSMA/CA...........................................................................53 ILUSTRACIÓN 2-27: PROBLEMA DE LA ESTACIÓN OCULTA......................................................................56 ILUSTRACIÓN 2-28: INTERCAMBIO DE MENSAJES RTS/CTS ...................................................................57 ILUSTRACIÓN 2-29: NAV.....................................................................................................................58 ILUSTRACIÓN 2-30: FORMATO DE UNA TRAMA IEEE 802.11 GENÉRICA..................................................60 ILUSTRACIÓN 2-31: FORMATO DE UNA TRAMA MAC GENÉRICA ............................................................60 ILUSTRACIÓN 2-32: CONTENIDO DEL CAMPO CONTROL DE TRAMA ........................................................61 ILUSTRACIÓN 2-33: NIVELES DE SEGURIDAD EN UNA WLAN.................................................................65 ILUSTRACIÓN 2-34: OPEN SYSTEM AUTHENTICATION............................................................................68 ILUSTRACIÓN 2-35: SHARED KEY AUTHENTICATION .............................................................................68 ILUSTRACIÓN 2-36: ARQUITECTURA FUNCIONAL DEL PROTOCOLO 802.1X..............................................72 ILUSTRACIÓN 2-37: DIÁLOGO EAPOL – RADIUS ................................................................................72 TABLA 2-1: BANDA 2.4GHZ SEGÚN LA REGIÓN ITU-R...........................................................................36 TABLA 2-2: TABLA COMPARATIVA DE TÉCNICAS DE PROPAGACIÓN.........................................................46 TABLA 2-3: PRINCIPALES ESTÁNDARES DE LA FAMILIA IEEE 802.11 ......................................................76



Capítulo 3: Tecnología MIMO

77

Capítulo 3 Tecnología MIMO 3.1. Introducción

Las redes inalámbricas de área local han cosechado éxitos instantáneos tanto en

ambientes residenciales y domésticos como en oficinas y empresas, debido en parte a la función que aportan y a su bajo coste. Sin embargo, la tasa de transferencia que conseguimos con las WLANs actuales es todavía muy limitada comparándolas con las LAN cableadas. Después del 802.11b aparecieron el estándar 802.11a y el tan extendido 802.11g, que quintuplican la velocidad del primero, pero sus 54Mbps quedan muy lejos aún de los 1000Mbps del Gigabit Ethernet que usan algunas redes cableadas. Además el alcance y el rendimiento que ofrecen son bastante mejorables.

MIMO, acrónimo en inglés de Multiple-Input Multiple-Output (en español,

Múltiple entrada, Múltiple salida) surge como la tecnología que promete resolver muchos de estos problemas en un futuro inmediato, ofreciendo mayores tasas de transferencia, mayores distancias de cobertura, mayor capacidad de usuarios y más fiabilidad; y todo ello sin aumentar el ancho de banda, y la potencia transmitida.

Por estas propiedades, el grupo de trabajo IEEE 802.11n está desarrollando un

estándar para WLANs que permitirá conseguir una velocidad máxima hipotética de hasta 600Mbps, 10 veces más que el límite teórico de sus predecesores, y un throughput (caudal efectivo) de 108Mbps [3-1]. Este estándar, que representará la cuarta generación de WLANs, está aún en desarrollo, pero fabricantes como Cisco,




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Belkin o Netgear han sacado ya al mercado dispositivos denominados “Pre-n”, basados en esta tecnología, y que, aunque no aseguran que serán compatibles con el definitivo 802.11n, ya muestran ciertas ventajas sobre las antiguas normas.

Ilustración 3-1: 802.11n, la cuarta generación de WLANs.

Pero MIMO no es sólo una tecnología aplicable a las WLANs. Es la tendencia

actual de las investigaciones internacionales en comunicaciones inalámbricas [3-2], y numerosos tipos de redes WPAN o WMAN y sistemas de comunicaciones móviles celulares están o estarán provistos de esta tecnología. WiMAX Mobile (802.16e) ha aceptado aplicarla en sus especificaciones y usarla como tecnología base. A su vez, el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) y 3GPP2 están evaluando emplear esta técnica en redes celulares y está previsto su utilización para los futuros terminales 4G, los cuales han sido probado experimentalmente con éxito, logrando tasas de transferencia de hasta 100Mbps a distancias de 200Kms [3-3]. Para las WPANs, MIMO se encuentra aún en una fase inicial de investigación.

En este capítulo nos dedicaremos a estudiar con cierto grado de detalle dicha

tecnología. En primer lugar repasaremos sus antecedentes y aportaremos una definición precisa del término. A continuación destacaremos las distintas técnicas que usa, y explicaremos detalladamente cómo funciona. Seguidamente enumeraremos los distintos beneficios que conlleva, así como las distintas aplicaciones que incorporan esta tecnología. Después haremos una clasificación de los distintos tipos de MIMO que existen, y para terminar, introduciremos una breve descripción matemática de la tecnología.




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3.2. Antecedentes de MIMO

3.2.1. Diversidad Hablamos de diversidad cuando tenemos múltiples copias de la señal

transmitida, y según dónde se produzca esta diversidad, distinguimos las siguientes clases:

Diversidad en el tiempo, cuando transmitimos varias versiones de la

misma señal en instantes diferentes.

Diversidad en la frecuencia, cuando la señal es transmitida usando distintos canales de frecuencia. Un ejemplo sería OFDM o las técnicas de espectro expandido, ambas explicadas en el capítulo anterior.

Diversidad en el espacio, cuando se utilizan caminos de propagación diferentes para transmitir la señal. En comunicaciones inalámbricas esto se consigue mediante diversidad de antenas, es decir, usando varias antenas transmisoras (diversidad en transmisión) y/o varias antenas receptoras (diversidad en recepción).

Diversidad de polarización, cuando múltiples copias de la señal son transmitidas con polarizaciones distintas.

Diversidad de usuarios, cuando el transmisor elige el mejor usuario entre varios candidatos de acuerdo con la calidad existente en cada canal.

Nosotros nos centraremos en la diversidad espacial a través de la diversidad de

antenas. Según el número de antenas que encontramos en ambos extremos de la comunicación podemos distinguir los siguientes sistemas, los cuales podemos considerar puntos de partida de la tecnología MIMO:

SISO (Single Input, Single Output): sistema de comunicaciones que utiliza

una sola antena transmisora y una sola antena receptora.

MISO (Multiple Input, Single Output): sistema de comunicaciones que utiliza dos o más antenas transmisoras pero sólo una antena receptora. También se le conoce como diversidad en transmisión.

SIMO (Single Input, Multiple Output): sistema de comunicaciones que utiliza una sola antena de emisión y dos o más antenas receptoras. Se le conoce como diversidad en recepción.




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Observemos la siguiente ilustración:

Ilustración 3-2: Diagramas de los sistemas SISO, MISO y SIMO respectivamente.

Atendiendo a esta clasificación MIMO representará entonces un sistema de

comunicaciones que utiliza dos o más antenas en el extremo transmisor, y dos o más antenas en el extremo receptor. Es decir, utilizará diversidad en el espacio a través del uso de varias antenas tanto en transmisión como en recepción.

Ilustración 3-3: Diagrama de un sistema MIMO

¿Pero podríamos definir MIMO como un caso corriente de diversidad espacial o implicaría algo más? Efectivamente MIMO implica algo más que diversidad de

TX RX

TX

RX

TX

RX

SISO

MISO

SIMO

TX

MIMO RX




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antenas, pero esto lo explicaremos más adelante. Ahora veamos una breve reseña histórica acerca de esta tecnología.

3.2.2. Historia de MIMO Estos casos de diversidad espacial en transmisión o recepción no son

fenómenos pioneros en las radiocomunicaciones. Ya Marconi en el año 1901 probó con éxito transmitir la letra “S” del código Morse desde Inglaterra hasta Signal Hill, (St. John, Terranova, Canadá), a casi 4000Km de distancia, utilizando cuatro antenas transmisoras desde cuatro torres de 60 metros de altura cada una. También podemos encontrar ejemplos de diversidad desde 1910 en sonar submarinos y sensores acústicos, o desde 1940 en los sistemas de radar.

Pero las primeras ideas acerca de MIMO como tal aparecen al principio de la

década de los 70. La evolución desde entonces hasta nuestros días la resumimos en la siguiente tabla.

Fecha Evento

Años 70 A. R. Kaye , D. A. George y W. Van Etten realizan las primeras investigaciones

1984-1986 Los Laboratorios Bell, por medio de Jack Winters y Jack Salz, publicaron numerosos artículos acerca de aplicaciones donde podría ser útil el “beamforming” o conformación de los haces de antena

1994 A. Paulraj y T. Kailath, profesores de la Universidad de Stanford (California, EEUU), propusieron el concepto de “Multiplexación Espacial” y destacaron sus numerosas aplicaciones en comunicaciones inalámbricas. La Universidad de Stanford patentó la “Spacial Multiplexing” o Multiplexación Espacial.

1996 Rayleigh y Foschini, de los laboratorios Bell, comprobaron que la propagación multicamino podría ser muy beneficiosa en una configuración con múltiples antenas.

1998 Los Laboratorios Bell crearon el primer prototipo de multiplexación espacial, técnica clave para el desarrollo de sistemas de comunicación MIMO.

2001 Iospan Wireless Inc. desarrolló el primer sistema comercial que usaba la tecnología MIMO-OFDMA.

2003 Airgo Networks desarrolló el primer prototipo de chip MIMO, con un DSP para el procesado digital de señales.

2006

Compañías como Cisco, Netgear, Belkin o Intel empiezan a fabricar dispositivos para WLANs que aportan una solución MIMO-OFDM denominada 802.11 Pre-N, basada en el futuro estándar IEEE 802.11n. Numerosas compañías desarrollan soluciones MIMO-OFDMA para WiMAX Mobile (802.16e).

2008 Año previsto para la publicación del definitivo estándar IEEE 802.11n, el cual se basará en la tecnología MIMO

Tabla 3-1: Evolución de MIMO




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3.3. Definición de MIMO Quizás éste sea el apartado más “conflictivo” del capítulo, ya que ha sido muy

difícil encontrar una definición precisa de MIMO. Y es que no todos los fabricantes que afirman vender MIMO venden MIMO. La mayoría hacen un mal uso del término creando confusión y ambigüedad, por lo que será fácil “caer en la trampa” y dar la definición de una tecnología “pseudo MIMO” en vez de la verdadera tecnología.

Tal y como es definido y entendido por la mayoría de ingenieros,

investigadores, académicos y estudiosos del tema, MIMO o Multiple Input Multiple Output es una tecnología que se refiere específicamente al uso de múltiples señales que viajan simultáneamente y a la misma frecuencia por un solo canal de radiofrecuencia, y que aprovecha la propagación multicamino (veremos en qué consiste en el apartado 3.4.1) para incrementar la eficiencia espectral de nuestro sistema de comunicaciones inalámbrico. Esto lo consigue a través del uso de diversidad de antenas, distintas técnicas y complejos algoritmos de tratamiento digital de señales en ambos extremos del enlace: extremo transmisor (múltiple entrada) y extremo receptor (múltiple salida) [3-4]. Esta definición del término es la que creemos más adecuada ya que se apoya en numerosos artículos de investigación, publicaciones, libros y conferencias de diferentes expertos en la materia.

Antes del desarrollo de MIMO, los sistemas de comunicaciones inalámbricos

veían en la propagación multicamino un gran inconveniente que debía de ser solventado, pero MIMO es la primera tecnología que trata el multicamino como una característica inherente a nuestro sistema que hay que aprovechar para poder multiplicar su capacidad. Esto nos permitirá incrementar extraordinariamente la velocidad, el caudal efectivo, el rango, la capacidad y la fiabilidad de nuestro sistema y todo esto sin un incremento del ancho de banda o de la potencia transmitida [3-5]. Por ejemplo, dispositivos de WLAN que implementan MIMO han demostrado en tests de laboratorio su capacidad de cubrir áreas de cobertura al menos dos veces más grandes que la que cubren dispositivos convencionales, aumentando también la velocidad y disminuyendo la probabilidad de error [3-6].

En resumen, MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de

comunicación inalámbrica por medio de la utilización de técnicas de diversidad espacial y de complejos algoritmos de procesado digital de señales.

3.3.1. Diferencias con un sistema “smart antenna” típico




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“Smart Antenna” (o Adaptive Array Antenna) es una tecnología aplicada a las comunicaciones inalámbricas que consiste en usar varias antenas espacialmente distribuidas (diversidad espacial, diversidad de antena) y/o algoritmos de tratamiento digital de señales. Estos últimos son usados para identificar marcas espaciales en las señales como la dirección de llegada (DOA o Direction Of Arrival), o para calcular el patrón de radiación de la antena (beamforming o conformado de haz) [3-7]. El adjetivo “smart” significa elegante y hace referencia a los algoritmos de procesado de señales que usan, no al aspecto físico de la propia antena en sí. Destacar que hay diferentes niveles de “elegancia” según los algoritmos empleados.

A primera vista, parece que MIMO y “smart antenna” son similares

basándonos en la definición dada. Ambas usan varias antenas y algoritmos de tratamiento digital de señales. Entonces ¿Cómo difieren? Podríamos decir que MIMO es un tipo extendido de sistemas smart antenna. Expliquémoslo con detalle.

La primera diferencia radica en cómo se comportan ante la propagación

multicamino. Los sistemas radio unidimensionales tradicionales normalmente siguen dos estrategias para tratarla. La primera es simplemente ignorarla, en cuyo caso se está desperdiciando la energía contenida en las señales multicamino. Esta energía puede ser demasiado grande como para ignorarla y puede causar degradaciones del rendimiento de nuestro sistema. La segunda es emplear técnicas de mitigación del desvanecimiento multicamino.

Alguna de las técnicas más convencionales son el beamforming o la diversidad.

Beamforming puede aportarnos mayor alcance en ciertas aplicaciones pero no resuelve problemas como la reducción del número de usuarios soportados y la limitación del número de canales disponibles debido al consumo de energía. En soluciones de diversidad en recepción podemos conmutar entre las distintas antenas receptoras para capturar la señal más potente, mejorando así la fiabilidad. Igualmente, con la combinación en recepción se pueden procesar las señales provenientes desde múltiples antenas para acomodar los efectos del desvanecimiento.

De todas formas, cualquiera que sea la técnica de mitigación empleada, smart

antenna (al igual que los sistemas de radio convencionales) asume que la propagación multicamino es perjudicial, e intenta minimizar su daño 1. MIMO, en cambio, aprovecha la propagación multicamino para incrementar el througput, el alcance y la fiabilidad. Más que combatirla, la utiliza para llevar más información. El cómo lo hace lo veremos en el aparatado 3.5.2 Cómo funciona MIMO.

1 ¡Ojo! No estamos diciendo que sean técnicas inútiles. Está sobradamente demostrado que “smart antenna” mejora los convencionales sistemas de radiocomunicaciones unidimensionales, pero MIMO da un paso más allá.




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La segunda diferencia sustancial entre ambos es la multidimensionalidad. Los sistemas convencionales y smart antenna representan sistemas unidimensionales, mientras que MIMO representa un innovador sistema de comunicación multidimensional, única manera de mejorar los tres parámetros básicos de rendimiento de un radio enlace: alcance, velocidad y fiabilidad. Cuando decimos multidimensional nos referimos al envío de varias señales de datos al mismo tiempo y por el mismo radiocanal. Lo entenderemos mejor con las siguientes imágenes.

En la ilustración 3-4 hemos representado un sistema con dos antenas en

transmisión y una en recepción (sistema MISO), que además utiliza la técnica de beamforming para dirigir el haz de la antena hacia el mejor camino de la ruta multicamino (para ello es conocer previamente el canal radio).

Ilustración 3-4: Sistema MISO: diversidad en transmisión y beamforming

En la siguiente ilustración hemos representado un sistema con diversidad en

recepción para capturar la señal más fuerte resultante de la propagación multicamino.

Ilustración 3-5: Sistema SIMO: diversidad en recepción

La ilustración 3-6 muestra lo que podría ser un típico sistema smart antenna

que utiliza varias antenas en transmisión, varias en recepción y beamforming. Notemos que, a pesar de las distintas técnicas usadas, sólo una señal es enviada por el canal. A esto nos referíamos cuando hablábamos de sistema unidimensional, y es por esto que no se incrementaría la tasa de bits o la capacidad de nuestro sistema.




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Ilustración 3-6: Típico sistema smart antenna con diversidad en transmisión y recepción y beamforming.

A diferencia del sistema anterior, MIMO envía varias señales al mismo tiempo

y por el mismo canal, creando una transmisión multidimensional. Este sistema doblaría el throughput, multiplicando de esta manera la eficiencia espectral.

Ilustración 3-7: Sistema MIMO

Para concluir, pongamos el siguiente ejemplo, al que Carl Temme,

vicepresidente de Airgo Networks, aludía en un artículo de Network World, y que seguro aclara conceptos.

Podemos pensar en los sistemas radio tradicionales como si viajásemos con

nuestro coche por el carril de una carretera nacional, la cual tendría un límite de velocidad que es el que gobernaría el flujo máximo de tráfico permitido a través de ella. Comparándolos con los sistemas convencionales, los sistemas smart antenna convertirían este carril en uno más seguro, por lo que, aunque la máxima velocidad permitida sigue siendo la misma, al tener más fiabilidad, con “smart antenna” podríamos viajar a una velocidad más cercana al límite establecido. Sin embargo MIMO, en comparación con estos dos casos anteriores, ayudaría a abrir más carriles de circulación en nuestro mismo sentido, lo que convertiría la carretera nacional de un carril por la que estábamos circulando en una autovía con varios carriles (tantos como antenas disponibles). Ahora el límite de velocidad sí que subiría y se podría circular más rápido. La tasa de tráfico sería proporcional al número de carriles abiertos. Y también aumentaría la fiabilidad [3-8].




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3.3.2. Uso incorrecto del término “MIMO” Como explicamos antes, no todo lo “MIMO” es MIMO. Se está haciendo un uso

incorrecto del término y su abuso repercute negativamente en los consumidores, que esperanzados en alcanzar las prestaciones prometidas, ven como éstas no se cumplen del todo. Dispositivos de WLANs basados en los existentes estándares Wi-Fi no siempre tienen el suficiente alcance como para cubrir un hogar entero o no tienen la suficiente velocidad como para poder soportar aplicaciones de video o de voz; dispositivos WLANs que incorporan la tecnología MIMO verdadera darán solución a estos problemas; pero dispositivos con la etiqueta “MIMO” basados solamente en el uso de múltiples antenas es probable que no.

Aunque algunos fabricantes digan que los productos inalámbricos que usan

“smart antenna” y/o múltiples canales son productos MIMO, en realidad no lo son, en el sentido de que no aportan todos los beneficios que el verdadero MIMO puede aportar. Por eso los hemos denominado “pseudo-MIMO”. Estos productos podrán emplear diversidad o beamforming. Está demostrado que ambas técnicas proporcionan evidentes mejoras en sistemas de comunicaciones inalámbricos unidimensionales, tal y como podemos leer en numerosas publicaciones. Pero no es MIMO verdadero.

Y es que, como anuncia Datacomm Research Company, “la industria y el mercado

de las tecnologías inalámbricas debe exigir un uso más exacto del término MIMO para evitar crear confusión en los consumidores. Hay que ayudarlos a distinguir entre pseudo-MIMO y las verdaderas soluciones MIMO, y salvaguardar así la identidad de esta innovación tecnológica” [3-9].




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3.4. Principales técnicas de MIMO Explicaremos las principales técnicas de transmisión que utiliza la tecnología

MIMO antes de dedicarnos a comprender su funcionamiento. Básicamente podemos dividirlas en tres categorías principales: diversidad de antenas, multiplexación espacial y beamforming.

3.4.1. Diversidad de antenas Los sistemas MIMO usan la diversidad espacial para mejorar las prestaciones

del sistema. Como dijimos en el apartado 3.2.1, ésta la consiguen mediante el uso de varias antenas en un mismo transmisor. Según en qué extremo de la comunicación se da la diversidad, diferenciamos entre diversidad en recepción o diversidad en transmisión. Ambas pueden combinarse o darse por separado.

3.4.1.1. Diversidad de recepción Es el uso de dos o más antenas en un mismo receptor para generar

recepciones independientes de la señal transmitida. Las antenas deben estar bien distribuidas espacialmente, es decir, deben estar separadas al menos por una distancia de coherencia. Dependiendo de cómo usemos las antenas podemos distinguir a su vez tres subtipos:

Diversidad por selección: elige una de las antenas atendiendo a un criterio

concreto: la que reciba la señal de más potencia, la que reciba la señal con mejor SNR, etc.

Ilustración 3-8: Esquema de un receptor con diversidad por selección




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Diversidad por conmutación: cambia la antena de recepción cuando la señal recibida no supera un cierto umbral.

Ilustración 3-9: Esquema de un receptor con diversidad por conmutación

Diversidad por combinación, realiza una combinación lineal ponderada de

todas las señales recibidas. Dependiendo de cómo sea la combinación, se divide a su vez varios tipos: de radio máximo, de igual ganancia, etc.

Ilustración 3-10: Esquema de un receptor con diversidad por combinación

3.4.1.2. Diversidad de transmisión Se refiere al uso de dos o más antenas en el mismo transmisor. Existen

varios tipos de diversidad de transmisión: con cambio de antena, con ponderado de frecuencia, a través de diversidad de retraso y a través de diversidad de código. Nosotros nos vamos a centrar en esta última técnica, ya que es la que generalmente usa MIMO [3-10].




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La diversidad de código o técnicas Space-Time Coding (STC), en castellano codificación espacio-tiempo, es un método empleado para mejorar la fiabilidad de la transmisión de datos usando diversidad de transmisión. STC se basa en transmitir redundantes copias codificadas de una trama de datos, con la esperanza de que al menos una de ellas llegue al receptor en buen estado y así ser posible su decodificación fiable. Estas copias son distribuidas a lo largo del tiempo y entre todas las antenas transmisoras disponibles.

En la imagen vemos el diagrama de bloques de un transmisor con STC. Para

cada símbolo de entrada el codificador espacio-tiempo elige una de las constelaciones para transmitir simultáneamente desde cada antena.

Ilustración 3-11: Diagrama de bloques de un transmisor con codificador espacio-tiempo

Hay dos tipos de STC: STTC o Space-Time Trellis Coding. Las copias son codificadas con un

código Trellis (un código convolucional). Con este método obtenemos ganancia de codificación2 y ganancia de diversidad3, además de una mejor BER. Sin embargo el codififcador/decodificador es más complejo de implementar debido a que es un decodificador de Viterbi [3-10].

STBC o Space-Time Block Coding. Las copias son codificadas en conjunto como un bloque de datos. Con este método obtenemos sólo ganancia de diversidad, pero son mucho menos complejos de implementar que STTC porque se basan en procesamientos lineales [3-11].

2 Se define ganancia de codificación (diversity coding en inglés) como la cantidad de SNR que tenemos que incrementar para que un sistema que no usa codificación tenga la misma BER que ese mismo sistema usando codificación. Se mide en decibelios. 3 Se define ganancia de diversidad (diversity gain en inglés) como el incremento de la SNR del sistema debido al uso de diversidad. Se mide en decibelios.




90

3.4.2. Multiplexación Espacial o Spatial Multiplexing (SM) La demultiplexación espacial consiste en la división de una señal de mayor

ancho de banda en varias señales iguales de menor ancho de banda. El “apellido” espacial hace referencia a la transmisión, simultánea y por el mismo canal de frecuencia, de cada una de estas señales por medio de antenas diferentes. La multiplexación espacial es justamente el proceso contrario: la combinación de varias señales de menor ancho de banda en una señal de mayor ancho de banda. Estas dos técnicas son las que usan los transmisores y receptores MIMO respectivamente para aprovechar la propagación multicamino y es la responsable del aumento de la tasa de transmisión en dichos sistemas.

Ilustración 3-12: Multiplexación espacial

El orden de multiplexación espacial es el número de flujos de datos

transmitidos paralelamente, y su valor máximo estará limitado por el menor del número de antenas transmisoras o de antenas receptoras. El incremento de la eficiencia espectral será proporcional a este orden.

Por último destacar que no podemos entender SM sin un esquema de

diversidad de antenas: es obligatorio utilizar varias antenas tanto en el transmisor como en el receptor, ya que es lo que nos proporciona la diversidad espacial. Sin embargo, con SM no será necesario el conocimiento previo del canal.




91

3.4.3. Precoding y Beamforming Precoding (traducido al castellano, precodificación), en el sentido amplio de la

palabra, se refiere a todas las técnicas de procesado espacial que se realizan en el transmisor MIMO. Pero en un sentido más específico, hace referencia a un caso especial de beamforming para transmisiones multidimensionales, como las que realizan los sistemas MIMO.

Beamforming convencional es una técnica de procesado de señales usada para

controlar el patrón de radiación de nuestra antena. Aporta la funcionalidad de un filtro espacial y es aplicada tanto en transmisión como en recepción:

En recepción, beamforming se utiliza para incrementar o disminuir la

sensibilidad del receptor en una determinada dirección. Por ejemplo, podremos aumentar la sensibilidad en la dirección de la señal deseada, y reducirla en las restantes direcciones, reduciendo así interferencias y ruidos.

En transmisión, beamforming se emplea para configurar el patrón de radiación de nuestra antena. Cambiando la forma del haz, podremos aumentar la directividad de la antena en una determinada dirección, y minimizar la ganancia de la antena para el resto de direcciones.

Muchos autores suelen establecer una analogía de esta técnica con la capacidad que tiene el sistema auditivo humano para localizar sonidos cuando, por ejemplo, en un pub con mucha gente, música y ruidos, podemos distinguir el origen o aislar y entender una conversación de otras [3-12].

Hay que tener en cuenta que tanto el precoding como el beamforming

requieren de un conocimiento previo del estado del canal.




92

3.5. Funcionamiento de MIMO

3.5.1. Propagación multicamino. Distorsiones del canal radio Podemos decir que entre un transmisor situado en un punto A y un receptor

situado en un punto B hay un camino primario, que definiremos como el más directo entre ambos. Inevitablemente no todas las señales que transmitimos entre estos puntos siguen este camino, sino que debido a las numerosas reflexiones y/o refracciones que sufren con los diversos obstáculos que encuentran a su paso, como montañas, edificios o incluso las mismas capas de la atmósfera, tomarán múltiples caminos distintos para alcanzar al receptor. A esto se le llama propagación multicamino o multitrayecto y es una característica que presenta el canal radio de todos los sistemas de comunicaciones inalámbricos. Veamos cómo afecta este fenómeno a las señales que transmitimos.

Las señales que recorren estos caminos “no primarios” llegarán al receptor en

tiempos diferentes (siempre más tarde), ya que cada una de éstas ha seguido una ruta diferente al resto. Decimos entonces que tienen un desfase con respecto a la señal primaria. Según este desfase se producirán interferencias constructivas o destructivas provocando sumas o degradaciones de la señal original. La señal vista por el receptor, que no es más que una combinación lineal de las señales multicamino con la señal primaria, sufrirá interferencias constructivas o destructivas que se traducirán en sumas o degradaciones de la señal final.

Este fenómeno lo hemos plasmado en las siguientes ilustraciones. Como podemos apreciar en la parte superior de la ilustración 3-13, la señal

multicamino (representada en rojo) tiene un pequeño desfase con respecto a la señal primaria (representada en azul). Esto hará que cuando ambas se combinen en el receptor conformen una señal principal debilitada, tal y como hemos representado en la parte inferior.

Ilustración 3-13: Las señales multicamino que lleguen ligeramente desfasadas crearán una señal más débil al combinarse con la señal primaria en el receptor




93

Podemos encontrarnos el caso extremo: si el desfase es de 180º, la señal

multicamino cancelará totalmente a la señal primaria, no teniendo señal en el receptor. Esto se muestra en la siguiente imagen:

Ilustración 3-14: Las señales multicamino que lleguen con un desfase de 180º cancelarán completamente a la señal primaria.

En la siguiente ilustración observamos un escenario típico de propagación

multicamino:

Ilustración 3-15: Distorsiones presentes en el canal inalámbrico

A todo lo anteriormente descrito, hay que añadir otro tipo de distorsiones

características del canal inalámbrico:




94

ISI o Interferencia Inter-Simbólica, causada por la propagación multicamino.

Fading o desvanecimiento de la amplitud de la señal, también causada por la propagación mulitrayecto y los efectos de dispersión (scattering) que sufre la señal.

CCI o Interferencia Co-Canal, causada cuando dos estaciones emiten a la misma frecuencia, en el mismo canal.

Canal variante en el tiempo (Doppler), cuando las estaciones transmisoras y/o receptoras se encuentran en movimiento.

Ruido térmico, inherente a los propios dispositivos electrónicos.

Todas estas distorsiones causarán una reducción importante de la velocidad de transmisión de datos y un incremento del número de errores, y los percibiremos en forma de ruidos, desvanecimientos de la amplitud, recepción intermitente o repentinas caídas de la transmisión durante nuestra comunicación.

3.5.2. Cómo funciona MIMO La propagación multicamino fue considerada un problema para las

radiocomunicaciones, sin embargo, durante los años 90, varios investigadores de la Stanford University y los Laboratorios Bell demostraron que podía ser explotada para multiplicar la capacidad de los sistemas inalámbricos [3-4], [3-13]. Esta es la idea principal en la que se basa el funcionamiento de MIMO.

Ilustración 3-16: Esquema general de un sistema MIMO

Canal Radio MIMO:

ISI CCI

Fading Doppler Ruido

NT transmisores

DSP

Radio

Radio

DSP

Radio

Radio

NR receptores

Necesario un ambiente “rico” en scattering y propagación multicamino

TX RX




95

Un sistema MIMO dispondrá de un transmisor con NT antenas transmisoras espacialmente distribuidas. El transmisor también contendrá un DSP (Digital Signal Processor, procesador digital de señales en castellano) que codificará un flujo de datos de un solo usuario con velocidad R, en NT “subflujos” de velocidad R/ NT cada uno. Cada subflujo será modulado y enviado en paralelo hacia el canal inalámbrico por una antena diferente. Destacar que todos los subflujos se envían en el mismo intervalo de tiempo y a la misma frecuencia e, insistimos de nuevo, por antenas diferentes. En otras palabras, se enviarán múltiples señales simultáneamente por el mismo radiocanal.

MIMO saca ventaja del multicamino de la siguiente forma: cada ruta

multicamino será tratada como un canal diferente, creando así una especie de “cable virtual” sobre el cual se transmite la señal. Cada ruta será un cable virtual, y el canal inalámbrico se comportará como un “mazo” de cables virtuales. Al emplear múltiples antenas separadas espacialmente, podremos aprovechar estos cables virtuales para transmitir más datos, multiplicando de esta manera el throughput (caudal efectivo). La tasa máxima por canal crecerá linealmente con el número de subflujos de datos diferentes que son transmitidos en el mismo canal. Además, debido a la diversidad de antenas, se incrementará también la distancia de cobertura.

Pero la transmisión sin cables no se comporta igual de bien que a través de

cables, por lo que la comparación hecha no es precisa del todo. Cada señal transmitida bajo la influencia de la propagación multicamino seguirá una ruta diferente, por lo que seremos más exactos si decimos que el canal inalámbrico actuará como un conjunto de cables pero con gran grado de “fuga” entre ellos. Esto ocasionará que las señales transmitidas se mezclen juntas. Cada una de las NR antenas del extremo receptor recibirá entonces una señal, fruto de la combinación de los múltiples subflujos transmitidos. El DSP del receptor, mediante complejos algoritmos de procesado de señales, separará cada uno de ellos, los ordenará y los combinará, recuperando así la señal original con los datos transmitidos originalmente.

Con un esquema de transmisión MIMO conseguimos un incremento lineal en la

eficiencia espectral frente al incremento logarítmico que consiguen otros sistemas tradicionales de una sola antena [3-14]. En consecuencia, la cobertura (en términos de distancia), la calidad (en términos de BER, Bit Error Ratio, o probabilidad de error), la capacidad (referida en Bits/Hz/segundo o número de usuarios/Hz) y la tasa de bits (Bits/segundo) se verán mejoradas notablemente [3-13].




96

3.5.3. Ejemplo de funcionamiento de MIMO: WLAN que opera bajo el estándar 802.11n Con este ejemplo vamos a comprender mejor el funcionamiento de MIMO.

Supongamos una WLAN que opera bajo el IEEE 802.11n 4, estándar que, como ya dijimos antes, utilizará tecnología MIMO. Supongamos que un cliente quiere transmitir datos al punto de acceso al que está registrado. Veamos cómo sería el proceso, paso a paso, con ayuda de la ilustración 3-17:

1. El cliente envía un flujo de datos a la red inalámbrica a 108Mbps. 2. El adaptador inalámbrico 802.11n del cliente dispone de un transmisor

MIMO con dos antenas transmisoras (por ejemplo) y un DSP. Éste divide la trama de datos de 108Mbps en dos tramas más lentas de 54Mbps cada una.

3. El transmisor envía simultáneamente cada trama por antenas separadas pero por el mismo radiocanal.

4. Las señales enviadas por el canal inalámbrico sufren diversas reflexiones con los objetos que encuentran a su paso, haciendo que sigan mútliples caminos. Dentro del mismo radiocanal, MIMO convierte estos múltiples caminos en canales virtuales que transportan mezcladas las distintas tramas de datos.

5. El punto de acceso 802.11n dispone de un receptor con múltiples antenas que recepcionan la señal. Las tramas de datos que viajan en los distintos canales virtuales se separan mediante complejos algoritmos. A continuación se combinan para reconstruir la señal original a 108Mbps.

Ilustración 3-17: Ejemplo de funcionamiento de MIMO en una WLAN que opera con el estándar 802.11n.

4 Será necesario un punto de acceso con estándar 802.11n y un cliente con adaptador inalámbrico que opere bajo el mismo estándar.




97

3.6. Aplicaciones y beneficios de MIMO

3.6.1. Aplicaciones MIMO MIMO es una tecnología creada para mejorar toda comunicación que sea sin

cables. En la actualidad existen numerosos grupos de investigación centrados en el estudio de este tipo de sistemas. Como muestra cabe destacar el interés en estandarizar las técnicas MIMO en tres grandes áreas de aplicación inalámbricas: sistemas de comunicaciones móviles de 4G, sistemas WMAN y WLANs [3-2], [3-15].

Hay importantes estudios acerca de cómo conseguir los objetivos marcados por

la cuarta generación de sistemas de comunicaciones móviles. Una de las propuestas para aumentar la tasa binaria en UMTS fue la utilización de múltiples antenas tanto en el Nodo-B (o estación base) como en los terminales móviles de usuario. Es por eso que MIMO emerge para satisfacer las necesidades de 4G: alta tasa de datos, alta fiabilidad y gran alcance. El grupo 3GPP ya ha previsto la utilización de MIMO-OFDM en HSOPA, estándar Pre-4G (también llamado Super3G), y estamos seguros que será una de las tecnologías base de los futuros sistemas 4G [3-16].

También ha surgido un gran interés para aplicar MIMO en WMAN (Wireless

Metropolitan Area Networks) como así muestra la norma 802.16e, Mobile WiMAX. Ésta es una evolución de WiMax para dar soporte a la movilidad del usuario, y también incorpora MIMO-OFDMA.

Por último hacemos también una mención especial a la aplicación directa de

MIMO a las WLAN: el estándar 802.11n. Es notable el esfuerzo que está realizando el grupo de trabajo IEEE 802.11 Task Group N, que, junto con varios grupos colaboradores, trabaja para definir el futuro estándar. Previsiblemente estará finalizado para noviembre del 2008 y representará la 4G de las WLAN, con velocidades mucho mayores que los estándares anteriores, mayor capacidad y más fiabilidad.

3.6.2. Beneficios La tecnología MIMO mejora el rendimiento de cualquier sistema de

comunicaciones inalámbrico, multiplicando su eficiencia espectral. Esto se traduce en los siguientes beneficios para nuestra red o dispositivo MIMO:

1. Tasa de bits. Permitiendo la transmisión simultánea de múltiples

tramas de datos, MIMO multiplica la tasa de transmisión sin consumir




98

más espectro. El caudal efectivo o throughput incrementa en un factor igual al número de señales transmitidas en paralelo por el mismo radiocanal y al mismo tiempo. Los expertos calculas que se podrán alcanzar tasas máximas de 600Mbps, con un througput medio de 108Mbps [3-1].

2. Eficiencia espectral. MIMO es el único sistema que mejora la eficiencia

espectral multiplicando al menos dos veces los bits transmitidos por Hz. Por ejemplo, se prevé que los primeros dispositivos MIMO para WLANs repartirán 108Mbps en 20MHz de espectro, lo que hacen 5.4Mbps/MHz. Si lo comparamos con 802.11a/g, que repartía 54Mbps en 20 MHz (2.7Mbps/MHz) vemos que resulta el doble, incluso utilizando técnicas como beamforming o diversidad [3-17].

3. Número de usuarios. Incrementar la capacidad permite aumentar el

número de usuarios que podrían conectarse simultáneamente a nuestra red en un mismo canal de frecuencia.

4. Cobertura. Debido a las técnicas de diversidad, alcanzaremos distancias

mayores sin aumentar la potencia de transmisión. Con un solo punto de acceso podremos dar cobertura a una región de espacio más grande que antes.

5. Fiabilidad. Aumenta. Con MIMO la probabilidad de error es más baja.

6. Coste. Debido a que un solo punto de acceso es capaz de soportar más

usuarios, y a que con la misma potencia mejoramos su alcance, necesitaremos un menor número de dispositivos, abaratando el coste de nuestra red.

Ya que es la materia principal de estudio de nuestro proyecto, vamos a

mencionar beneficios concretos que MIMO aportará a las WLANs que trabajarán con el futuro estándar 802.11n. En aplicaciones domésticas En aplicaciones en empresas Un AP se basta para dar acceso de banda ancha a un hogar entero: Atraviesa más muros Consigue velocidades mayores

Sustituye a Ethernet. Mejora la fiabilidad y la robustez de la red Velocidades similares a Fast Ethernet Reduce el coste de infraestructura porque

necesitaremos menos APs




99

Soporta el transporte de aplicaciones multimedia de todo tipo: voz, datos, música, SDTV, HDTV, etc

Mejora el rendimiento de VoIP Incrementa la capacidad de una llamada Mejora la QoS




100

3.7. Tipos de MIMO Podemos destacar dos tipos de MIMO: SU-MIMO (Single-User MIMO) y MU-

MIMO (Multi-User MIMO).

3.7.1. SU-MIMO (o Multi-antenna MIMO) Single-User MIMO (o simplemente MIMO, sin perder generalidad) es la

tecnología que hemos estado describiendo hasta ahora en el desarrollo del capítulo. Podríamos traducirlo como “MIMO de un solo usuario”, o como “MIMO punto-a-punto” (Point-to-Point MIMO).

Ya hemos visto antes que este tipo de MIMO consigue grandes mejoras en la

eficiencia espectral, la capacidad del canal y la fiabilidad, esencialmente mediante el uso de técnicas como la multiplexación espacial o STC. Pero SU-MIMO no explota la diversidad de usuarios, el acceso múltiple: los grados de libertad (DoF, Degrees of Freedom) adquiridos con el uso de múltiples antenas son aprovechados para crear una transmisión multidimensional punto a punto, pero no punto a multipunto. Es decir, SU-MIMO no está diseñado para trabajar con varios usuarios al mismo tiempo. Esta es la característica diferencial con MU-MIMO.

Hasta ahora, SU-MIMO ha sido implementado principalmente para el estándar

802.11n, y las principales técnicas SU-MIMO desarrolladas son:

BLAST (Bell Laboratorios Arquitecture Layered Space-Time), por G.J. Foschini de los Laboratorios Bell [3-18].

PARC (Per Antenna Rate Control)

SPARC (Selective Per Antenna Rate Control).

3.7.2. MU-MIMO (o Multi-User & Multi-Antenna MIMO) MU-MIMO es radicalmente diferente a SU-MIMO. Representa un conjunto de

técnicas y algoritmos avanzados (es uno de los motivos por el que algunos autores denotan a esta tecnología como “Advanced MIMO” o “MIMO avanzado”) que, además de aprovechar las ventajas del uso de múltiples antenas, explota la multiplicidad de usuarios. Esta variación de MIMO implica el acceso múltiple, es decir, el reparto




101

espacial del canal entre múltiples usuarios, pudiendo crear transmisiones multidimensionales punto a multipunto (un usuario a muchos usuarios), o incluso multipunto a multipunto (varios usuarios a varios usarios). La siguiente figura trata de explicar el concepto básico de MU-MIMO.

Ilustración 3-18: Concepto básico de MU-MIMO

3.7.2.1. Técnicas SDMA y otras técnicas MU-MIMO Esta variante de la tecnología MIMO da un giro radical al diseño de los

protocolos de nivel de enlace para acceso múltiple [3-15], apareciendo nuevas técnicas como SDMA (Space-Division Multiple Access).

SDMA es un método de múltiple acceso que permite a una estación

transmitir (o recibir) señales hacia (o desde) múltiples usuarios, simultáneamente y en la misma banda de frecuencias. Al igual que hacía la multiplexación espacial, SDMA crea una serie de “cables virtuales” paralelos por los que viajan las señales, pero además ofrece un rendimiento superior en sistemas de comunicaciones radio con múltiples usuarios [3-19].

En los numerosos artículos científicos sobre MU-MIMO, podemos encontrar

numerosas técnicas que se utilizan para explotar la diversidad de usuarios. Por poner un ejemplo, podemos enumerar las siguientes: planificación y selección de usuarios; codificación y decodificación avanzada, con detección de múltiples

La estación base se comunica simultáneamente con múltiples usuarios

Estación Base

NT antenas

Usuario 1 M1 antenas

Usuario 2 M2 antenas

Usuario K MK antenas

DOWNLINK (MIMO BC)

UPLINK (MIMO MAC)




102

usuarios como el receptor MLD; técnicas de cooperación como DPC (Dirty Paper Coding), etc.

3.7.2.2. Clasificación de MU-MIMO Los algoritmos Multi-User MIMO son desarrollados para sistemas con más

de un usuario. Podemos diferenciar dos escenarios:

Punto a Multipunto: En escenarios donde la comunicación comprende desde un solo usuario con

múltiples antenas hacia varios usuarios, o viceversa (Multi-user to/from multi-antenna single-user). Dentro de este escenario podemos reconocer dos tipos de MIMO para cada uno de los enlaces, ascendente y descendente:

MIMO Broadcast Channels o MIMO BC. Representa el enlace

descendente (Estación base Usuarios) para una topología punto a multipunto. La estación base utiliza procesadores avanzados para la transmisión, incluyendo técnicas como SDMA y precoding avanzado. Además, deberá conocer el estado del canal en todo momento (CSIT, de Channel State Information at the Transmitter).

MIMO Multiple Access Channels o MIMO MAC. Hace referencia al enlace ascendente (Usuarios Estación base) dentro de esta misma topología. En este caso la estación base actúa como receptor, por lo que también incluirá algoritmos avanzados para la recepción de la señal, como joint interferente cancellation o. También deberá conocer el estado del canal (CSIR, de Channel State Information at the Receiver) pero esta vez le será más fácil que conocer CSIT, ya que se puede basar en éste.

MIMO BC y MIMO MAC tienen un rendimiento superior a sistemas MIMO punto a punto (SU-MIMO), especialmente cuando el número de antenas en la estación base es mayor que el número de antenas de cada usuario.

Multipunto a Multipunto En situaciones donde la comunicación va desde varios usuarios hasta varios

usuarios y viceversa (Multi-user to Multi-user). Es el caso de Cooperative MIMO (CO-MIMO) también conocido como Network MIMO o Ad Hoc MIMO.

En las comunicaciones inalámbricas cooperativas, al contrario que las

convencionales que intentan evitar las interferencias, cada nodo aprovecha su propia interferencia, y las interferencias de los nodos restantes de la red, para mejorar el rendimiento de la codificación y decodificación de datos. En concreto, en CO-MIMO, un nodo usa múltiples antenas distribuidas que pertenecen a múltiples




103

nodos diferentes. Ésta es una técnica muy útil para redes celulares con topologías ad hoc inalámbricas, donde múliples nodos transmisores se comunican con múltiples nodos receptores a la vez. No entraremos en más detalles.




104

3.8. Breve descripción matemática de MIMO Para terminar este capítulo, intentaremos caracterizar matemáticamente un

sistema MIMO. Por la complejidad de las matemáticas que implica su estudio, y porque éste no es el objeto principal de este proyecto, sólo echaremos un vistazo al modelo matemático de un sistema Single-User MIMO, aunque sin entrar mucho en detalle.

Podemos representar el modelo matemático de un sistema SU-MIMO tal y

como muestra la figura de abajo. Hemos asumido que el canal es aleatorio y sin memoria y que se desconoce el canal [3-13], [3-20]:

Ilustración 3-19: Modelo de un canal MIMO

La relación entrada y salida en un instante de tiempo será:

tntxHty (3-1)

donde: · tx es el vector de datos transmitidos, con dimensión (NTx1).

· ty es el vector de datos recibidos, y tiene dimensión (NRx1).

· tn es el vector de ruido AWGN (Additive White Gaussian Noise), y es de dimensión (NRx1).

· H es la matriz del canal MIMO, con dimensión (NRxNT).

Transmisor

MIMO

Receptor

MIMO 1

i

NT transmisores

1

j

Canal MIMO H

hji 1101010 1101010

x1

xi

xNT

y1

yj

yNR

NR receptores

x y




105

siendo NT el número de antenas transmisoras, y NR el número de antenas

receptoras. Es decir:

NR

j

NT

i

NTNRiNRNR

NTjjij

NTi

NR

j

n

n

n

x

x

x

hhh

hhh

hhh

y

y

y

...

...

...

...·

...................

..................

...

...11

,,1,

,1

,11111

(3-2)

Como vemos, una entrada general de la matriz del canal H es denotada por jih ,

y representa la ganancia compleja del canal desde la antena transmisora i-ésima hasta la antena receptora j-ésima:

jij

ji

arctgj

ji ehejh

·)(·22 · (3-3)

Por otro lado, jy representará la señal recibida por la antena receptora j-ésima

mientras que ix será la señal transmitida por la antena emisora i-ésima. jn será el

ruido AWGN que reciba la antena receptora j-ésima. Para el caso de un sistema SISO, donde sólo tenemos una antena transmisora

(NT=1) y una antena receptora (NR=1), la expresión del modelo del canal cambiaría de la siguiente manera:

tntxhty (3-4)

Definimos capacidad del canal (de Shannon) la tasa máxima de bits que

podemos transmitir sin error a través de dicho enlace de comunicaciones. Es decir, es una medida de cuánta información puede ser transmitida y recibida con una probabilidad de error nula. La capacidad dependerá del modelo del canal, del ruido y de la potencia de la señal transmitida.

Queremos comparar la capacidad del canal SISO con la de un canal MIMO. Se

puede demostrar que la capacidad del canal para un sistema SISO en un instante t, en bits/segundo/Hz es [3-13], [3-14], [3-21]:

)1(log 2 tSNRtC SISOSISO (3-5)




106

donde SNR es la relación señal a ruido de la señal recibida en el instante t, y que se define como:

2

22 ·)(

n

sSISO

htSNR

(3-6)

· h es el módulo de la ganancia del canal SISO

· 2s es la varianza de la señal recibida por el receptor.

· 2n es la potencia del ruido a la entrada del receptor.

En cambio, la capacidad de un canal MIMO vendrá dada por la expresión [3-

13], [3-14], [3-20]:

*

22

1detlog HQHIECn

MIMO (3-7)

donde: · H es la matriz (NRxNT) del canal MIMO

· Q es la matriz de covarianza del vector de transmisión tx .

La potencia de transmisión tiene que ser adecuadamente distribuida entre todas

las antenas para maximizar la capacidad. Para un caso donde el canal es desconocido, distribuir uniformemente la potencia total del transmisor P entre las antenas disponibles puede ser una buena solución [3-20]. Entonces la matriz Q tendría la siguiente forma:

INPQ

T

(3-8)

y (3-7) quedaría [3-5], [3-10], [3-19]:

*

2*

22 detlogdetlog HHN

IEHHNP

IECT

TMIMO

n

(3-9)

donde es la relación señal a ruido media de la señal recibida en cada una de

las antenas del receptor.




107

Comparando (3-9) y (3-5) resulta que:

),min( RTSISO

MIMO NNCC

(3-10)

lo que significa que la capacidad de un canal MIMO es TN o RN veces mayor

(el menor de los dos números) que la de un sistema SISO.




108

CAPÍTULO 3: TECNOLOGÍA MIMO................................................................... 77 3.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................77 3.2. ANTECEDENTES DE MIMO .............................................................................................79

3.2.1. DIVERSIDAD .......................................................................................................................79 3.2.2. HISTORIA DE MIMO ...........................................................................................................81

3.3. DEFINICIÓN DE MIMO.....................................................................................................82 3.3.1. DIFERENCIAS CON UN SISTEMA “SMART ANTENNA” TÍPICO ...................................................82 3.3.2. USO INCORRECTO DEL TÉRMINO “MIMO” ...........................................................................86

3.4. PRINCIPALES TÉCNICAS DE MIMO..............................................................................87 3.4.1. DIVERSIDAD DE ANTENAS ...................................................................................................87

3.4.1.1. Diversidad de recepción............................................................................................87 3.4.1.2. Diversidad de transmisión.........................................................................................88

3.4.2. MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL O SPATIAL MULTIPLEXING (SM)..............................................90 3.4.3. PRECODING Y BEAMFORMING .............................................................................................91

3.5. FUNCIONAMIENTO DE MIMO........................................................................................92 3.5.1. PROPAGACIÓN MULTICAMINO. DISTORSIONES DEL CANAL RADIO..........................................92 3.5.2. CÓMO FUNCIONA MIMO.....................................................................................................94 3.5.3. EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DE MIMO: WLAN QUE OPERA BAJO EL ESTÁNDAR 802.11N .96

3.6. APLICACIONES Y BENEFICIOS DE MIMO...................................................................97 3.6.1. APLICACIONES MIMO ........................................................................................................97 3.6.2. BENEFICIOS ........................................................................................................................97

3.7. TIPOS DE MIMO...............................................................................................................100 3.7.1. SU-MIMO (O MULTI-ANTENNA MIMO) ...........................................................................100 3.7.2. MU-MIMO (O MULTI-USER & MULTI-ANTENNA MIMO) .................................................100

3.7.2.1. Técnicas SDMA y otras técnicas MU-MIMO ...........................................................101 3.7.2.2. Clasificación de MU-MIMO....................................................................................102

Punto a Multipunto: ...................................................................................................... 102 Multipunto a Multipunto ............................................................................................... 102

3.8. BREVE DESCRIPCIÓN MATEMÁTICA DE MIMO .....................................................104

ILUSTRACIÓN 3-1: 802.11N, LA CUARTA GENERACIÓN DE WLANS. .......................................................78 ILUSTRACIÓN 3-2: DIAGRAMAS DE LOS SISTEMAS SISO, MISO Y SIMO RESPECTIVAMENTE...................80 ILUSTRACIÓN 3-3: DIAGRAMA DE UN SISTEMA MIMO...........................................................................80 ILUSTRACIÓN 3-4: SISTEMA MISO: DIVERSIDAD EN TRANSMISIÓN Y BEAMFORMING ..............................84 ILUSTRACIÓN 3-5: SISTEMA SIMO: DIVERSIDAD EN RECEPCIÓN.............................................................84 ILUSTRACIÓN 3-6: TÍPICO SISTEMA SMART ANTENNA CON DIVERSIDAD EN TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN Y

BEAMFORMING.............................................................................................................................85 ILUSTRACIÓN 3-7: SISTEMA MIMO ......................................................................................................85 ILUSTRACIÓN 3-8: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR SELECCIÓN ...................................87 ILUSTRACIÓN 3-9: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR CONMUTACIÓN .............................88 ILUSTRACIÓN 3-10: ESQUEMA DE UN RECEPTOR CON DIVERSIDAD POR COMBINACIÓN ............................88 ILUSTRACIÓN 3-11: DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN TRANSMISOR CON CODIFICADOR ESPACIO-TIEMPO ...89 ILUSTRACIÓN 3-12: MULTIPLEXACIÓN ESPACIAL...................................................................................90 ILUSTRACIÓN 3-13: LAS SEÑALES MULTICAMINO QUE LLEGUEN LIGERAMENTE DESFASADAS CREARÁN

UNA SEÑAL MÁS DÉBIL AL COMBINARSE CON LA SEÑAL PRIMARIA EN EL RECEPTOR ........................92 ILUSTRACIÓN 3-14: LAS SEÑALES MULTICAMINO QUE LLEGUEN CON UN DESFASE DE 180º CANCELARÁN

COMPLETAMENTE A LA SEÑAL PRIMARIA. ......................................................................................93 ILUSTRACIÓN 3-15: DISTORSIONES PRESENTES EN EL CANAL INALÁMBRICO ...........................................93




109

ILUSTRACIÓN 3-16: ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA MIMO............................................................94 ILUSTRACIÓN 3-17: EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DE MIMO EN UNA WLAN QUE OPERA CON EL

ESTÁNDAR 802.11N......................................................................................................................96 ILUSTRACIÓN 3-18: CONCEPTO BÁSICO DE MU-MIMO.......................................................................101 ILUSTRACIÓN 3-19: MODELO DE UN CANAL MIMO.............................................................................104

TABLA 3-1: EVOLUCIÓN DE MIMO .......................................................................................................81



Capítulo 4: Power-over-Ethernet

108

Capítulo 4 Power-over-Ethernet (PoE) 4.1. Introducción

Actualmente en el mercado de las redes de área local existe una cantidad

notable de dispositivos que “reparten” vatios además de bits. Muchos de ellos no son más que la aplicación directa del estándar IEEE 802.3af, el cual sugiere un esquema de alimentación eléctrica más atractivo y eficiente que el típico adaptador/transformador de corriente que “cuelga” de nuestro aparato. Es la llamada tecnología Power-over-Ethernet (PoE), cuya traducción al castellano es “Potencia a través de Ethernet”, y hace referencia al aporte de energía eléctrica, además de datos, a través de un cable Ethernet tradicional.

Este estándar se aplica a dispositivos para los cuales es difícil, incómodo, caro o

inviable poder alimentarlos. Y no sólo eso, sino que también hace que aplicaciones de tecnologías “más tradicionales” como cámaras de video-vigilancia, alarmas de seguridad o la propia telefonía, adquieran un nuevo enfoque y se acerquen y adopten la tan extendida tecnología Ethernet.

PoE es una aplicación muy común en las WLANs, y es por eso que es objeto de

estudio en nuestro Proyecto. El uso de esta técnica nos permitirá transportar la energía eléctrica y los datos simultáneamente por un solo cable CAT5 (o CAT3) a cada uno de




109

los puntos de acceso de nuestra WLAN. Prescindiremos así de los pesados adaptadores de corriente consiguiendo por tanto una mayor flexibilidad en el diseño de nuestra red. Incluso abriremos el abanico de posibilidades para la localización de los APs y otros dispositivos de red, y todavía en algunos casos obtendremos importantes ahorros económicos en costes.

Salvando las distancias, podemos comparar en cierto modo a PoE con la

telefonía tradicional. En el STT o Servicio de Telefonía Tradicional nuestro teléfono recibe/transmite datos y es alimentado por el mismo cable. Una centralita PABX adaptada convenientemente a la tecnología Power-over-Ethernet, proporcionará corriente (y datos) a todos sus teléfonos IP conectados sin necesidad de enchufar cada uno de éstos a la toma de corriente eléctrica más cercana.

Como hemos dicho antes, esta técnica está recogida en el protocolo IEEE

802.3af, sin embargo, tal y como veremos más adelante, encontraremos también implementaciones no estandarizadas de la misma. Asimismo destacar que existen otros nombres que hacen referencia a esta misma técnica como son Power-over-LAN (PoL) o Inline-Power.

En este capítulo profundizaremos en el estudio dicho estándar, centrándonos

básicamente en aspectos como su arquitectura física, su funcionamiento, sus principales inconvenientes y en la ampliación y mejora del mismo. Igualmente explicaremos las principales soluciones no estándares de Power-over-Ethernet, con mención especial a la utilizada por el fabricante Cisco.




110

4.2. Implementaciones estándar de PoE: IEEE 802.3af La especificación IEEE 802.3af, o más comúnmente referida como Power-over-

Ethernet, es básicamente un protocolo analógico de transmisión de potencia, y no de transmisión de datos, que permite alimentar remotamente a dispositivos de red a través del mismo cable por donde se produce la transmisión de datos, sin distorsionar esta última. Está enmarcado dentro de la familia de protocolos IEEE 802.3 (cláusula 33 del IEEE 802.3-2005) que se dedica al estudio del nivel físico y de enlace de la tan extendida tecnología Ethernet. Fue aprobado en Junio del 2003 y revisado en el año 2005. Analicemos con cierta profundidad esta norma.

4.2.1. Arquitectura física de un sistema PoE 802.3af

Según el estándar 802.3af, un sistema PoE está compuesto principalmente por dos tipos de dispositivos:

PD (Powered Device): Son los dispositivos de red que son telealimentados

por el PSE. IEEE 802.3af especifica una potencia máxima recibida de 12.95W por cada PD, pérdidas incluidas. Podemos distinguir dos clases de PD:

PDs no compatibles con PoE: evidentemente no están definidos por la norma pero sí que ésta hace mención de ellos. Al no ser compatibles, estos PDs necesitan un tap, splitter o derivador que separe la corriente continua (del inglés Direct Current, o en español CC) de la transmisión de datos, y se la inyecte al dispositivo a través del tradicional conector jack de potencia.

PDs compatibles con PoE: reciben la potencia eléctrica directamente del conector RJ45 sin necesidad de un splitter. Que sean compatibles con PoE no significa que lo sean con la norma. Habrá dispositivos compatibles con PoE 802.3af, y habrá dispositivos compatibles con PoE de otra solución no estandarizada, incluso de ambas (ver apartado 4.3).




111

PSE (Power Sourcing Equipment): Es el equipo principal encargado de suministrar potencia eléctrica al resto de dispositivos de red o PDs. El PSE inyecta CC en 2 de los 4 pares del RJ45. En concreto, el estándar establece un voltaje de 48V DC, con una intensidad máxima de 400mA, para una carga máxima de potencia de 15.4W por cada puerto. Es el cerebro del sistema, ya que es el que detecta, clasifica y controla la potencia eléctrica suministrada. El estándar diferencia a su vez dos tipos de PSEs:

Endpoint: Es un PSE que combina la función de generar corriente eléctrica para telealimentar a los PD, con la función de DTE (Data Terminal End) switch o hub. Generalizando podríamos decir que se trata de un switch que incluye en su interior la circuitería necesaria para poder implementar Power-over-Ethernet. En el mercado lo encontraremos con la denominación de PoE switch.

Ilustración 4-1: Ejemplo de sistema PoE con un PSE Endpoint.

PoE Splitter

PD compatible con PoE

PoE Switch (PSE Endpoint)

PD no compatible con PoE

Datos + Alimentación (Cat5/5e/3 RJ45) Datos (Cat5/5e/3 RJ45)

Alimentación (Jack)




112

Midspan: Es un PSE que sólo tiene la función de alimentación. Es decir, un inyector de potencia que se sitúa entre nuestro switch Ethernet tradicional y el PD.

Ilustración 4-2: Ejemplo de sistema PoE con PSE Midspan

Asimismo, IEEE 802.3af define la interfaz PSE – PD: la PI o Power Interface.

Físicamente estamos hablando de un cable de red con las siguientes características:

UTP (del inglés, Unshielded Twisted Pair, o par trenzado no apantallado), o STP (Shielded Twisted Pair, o par trenzado apantallado).

Conector RJ45: de ocho pines o conexiones eléctricas.

Ilustración 4-3: Conector RJ45

Ethernet Switch

PD no compatible con PoE

Datos + Alimentación (Cat5/5e/3 RJ45) Datos (Cat5/5e/3 RJ45)

Alimentación

PoE Splitter

Inyector PoE

PD compatible con PoE

Inyector PoE (PSE Midspan) · ·




113

Categoría 5 (CAT5), Categoría 5e (CAT5e) o Categoría 3 (CAT3).

Longitud inferior a 100 metros.

Este tipo de cables disponen de 8 hilos (4 pares), y tal como dijimos antes, la

potencia es inyectada en 2 de sus 4 pares. El cable transporta simultáneamente hasta el PD tanto la energía eléctrica como los bits correspondientes a la transmisión de datos.

Ilustración 4-4: Pines de un cable Cat5 RJ45




114

4.2.2. Alimentación del PD IEEE 802.3af define dos alternativas para la alimentación remota de

dispositivos, dependiendo de los pares en los que el PSE inyecta la tensión:

Alternativa A: Endspan. La potencia es transportada sobre los mismos pares por los que transportamos los datos (signal pairs en la Ilustración 4-4: Pines de un cable Cat5 RJ45), es decir, pines 1 y 2 (par #2) para la ida, y pines 3 y 6 (par #3) para el retorno [4-1]. El esquema se muestra en la siguiente figura:

Ilustración 4-5: Alternativa A. Endspan. Alimentación por los pares de datos




115

Alternativa B: Midspan. El PSE inyecta la potencia en los pares libres 1 (spare pairs en la Ilustración 4-4: Pines de un cable Cat5 RJ45), es decir, los pines 4 y 5 para la ida (par #1), y pines 7 y 8 para el retorno (par #4) [4-1]. El esquema se muestra en la siguiente figura:

Ilustración 4-6: Alternativa B. Midspan. Alimentación por los pares libres.

Cabe hacer dos aclaraciones más. La primera es que un PSE Midspan siempre

utiliza la alternativa B para alimentar al PD; es por eso que a ésta se le bautiza de la misma forma que al PSE: Midspan. Por el contrario, un PSE Endpoint puede utilizar la alternativa A, la B o ambas (¡OJO! no simultáneamente), y él es quien decide cuál usar, no el PD.

La segunda aclaración viene como consecuencia de la primera. Ya que el

estándar no especifica al PSE qué alternativa de alimentación usar, ni tampoco la polaridad de la corriente, la norma deberá garantizar que los PDs sean perfectamente compatibles independientemente de si usamos los pares #2 y #3 o los pares #1 y #4 para transportar la alimentación. La única manera de asegurar esta interoperabilidad es mediante el uso de puentes de diodos rectificadores [4-2]. Sin entrar en más detalle adjuntamos el esquema del circuito electrónico del front-end típico de un PD compatible con la norma.

1 Cuando hablamos de pares libres o spare pairs nos referimos sólo a los estándares 10BASE-T Y 100BASE-TX que usan dos pares para la transmisión. La alternativa B Midspan es incompatible con 1000BASE-T ya que éste usa todos los pares (los cuatro) para la transmisión. VER NOTA AL PIE nº 2.




116

Ilustración 4-7: Típico front-end de un PD compatible con PoE 802.3af

Visto todo esto, podemos afirmar que PoE es compatible con redes Ethernet

10BASE-T (IEEE 802.3i), 100BASE-TX (IEEE 802.3u o FastEthernet) y 1000BASE-T (IEEE 802.3ab o GigaEthernet) 2 [4-3].

4.2.3. Etapas para el establecimiento de un enlace PoE 802.3af Una vez visto cómo viaja la alimentación en las líneas de datos, pasamos a ver

las etapas existentes para establecer un enlace de PoE entre un PSE y un PD. Antes de pasar a explicarlas con detalle, y a modo de introducción, incluimos la siguiente tabla donde además de enumerar las distintas fases, incluimos los diferentes tensiones que ambos dispositivos introducen/reciben, y un tiempo aproximado de duración de cada fase. Destacar que las diferencias de tensión entre el puerto PSE y el PD son debidas a las pérdidas del cable.

2 Éstas son variedades del protocolo de red Ethernet (802.3) que definen la conexión mediante un cable de par trenzado UTP de categoría 3 (10Base-T) o categoría 5 (100Base-Tx y 1000Base-T), en banda base y a velocidades de 10Mbps, 100Mbps y 1000Mbps respectivamente.




117

Etapa Descripción Tensión

introducida por el PSE (V)

Tensión recibida por el PD (V)

Tiempo

Detección PSE detecta qué tipo de PD es

2.8 – 10 2.7 – 10.1 < 500ms

Clasificación PD le indica los requisitos de potencia al PSE

15.5 – 20.5 14.5 – 20.5 < 75ms

Arranque PSE empieza a alimentar

30 – 44 30 – 42 50ms

Alimentación PD se pone en funcionamiento

44 - 57 36 – 57 -

Otro estado - 0 – 2.8 N/A -

Tabla 4-1: Fases para la alimentación PoE de un PD compatible con IEEE 802.3af

También incluimos la siguiente figura que nos puede ayudar a entender mejor

el proceso completo:

Ilustración 4-8: Procesos de detección, clasificación y alimentación de un PD según el estándar 802.3af

4.2.1.1. Detección En el mercado de hoy en día existe una amplia gama de aplicaciones

Ethernet, muchas de las cuales han sido desarrolladas antes que el propio estándar. Esto hará que muchas de ellas no sean capaces de aceptar la corriente eléctrica por la misma línea por la que reciben datos. Es más, insertando ambas simultáneamente posiblemente destruiríamos muchos de estos dispositivos de red.

Por esta razón los PSE que implementan PoE deben de detectar qué tipo de

dispositivos tienen conectados antes de empezar a alimentarlos. A esta fase el estándar la denomina como fase de detección, y es donde el PSE busca algún




118

indicio o señal que le indique que el dispositivo que tiene conectado por uno de sus puertos es un PD compatible con 802.3af, o no.

Esta señal, o “firma de detección” según una traducción literal del estándar,

se obtiene gracias a la colocación de una resistencia Rsignature de 25kΩ en el front-end del PD, entre los pares alimentados (ver Ilustración 4-7: Típico front-end de un PD compatible con PoE). Esta resistencia es la que diferencia a un dispositivo PoE 802.3af de otro que no lo es.

En este modo el PSE inyecta en cada puerto pulsos de baja tensión, de entre

2,8 y 10V, y mediante la relación V – I calcula el valor de la resistencia en la terminación de la línea. Si el valor obtenido está entre 15kΩ y 33kΩ significa que el PD es compatible con PoE 802.3af, y cuando inyecte los 48V DC éste no será dañado. Si se sale por arriba o por abajo de este rango, incluyendo el caso de que hubiera un cortocircuito, significa que el PD no es compatible y por tanto el PSE no podrá inyectar los 48V DC para alimentarlo para evitar así posibles daños [4-2], [4-3]. Esta fase no debe durar más de 500ms

Una vez acabada la etapa de detección, es conveniente “desconectar”

Rsignature con el objetivo de maximizar la potencia recibida por el PD. El controlador PD IC (ver Ilustración 4-7: Típico front-end de un PD compatible con PoE) es el encargado de hacerlo.

4.2.1.2. Clasificación Una vez comprobado si nuestro dispositivo es compatible o no con la

norma, pasamos a la fase de clasificación. Ésta es una fase opcional y en ella el PD le indica al PSE sus requisitos de potencia (la potencia máxima que consume). ¿Cómo? El PD va cambiando el valor de la resistencia Rclass (ver Ilustración 4-7: Típico front-end de un PD compatible con PoE), cuando es sometido a tensiones entre 14.5 y 20.5V por parte del PSE. Atendiendo a un rango de intensidad devuelta, el PSE distingue entre cinco posibles clases de PDs según la potencia máxima consumida por éste:




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Clase 802.3af

Uso Rango de Intensidad

(mA)

Potencia transmitida por

el PSE (W)

Rango de potencia recibida

por el PD (W)

Descripción

0 Por defecto 0-4 15.4 0.44 – 12.95 Clasificación desconocida

1 Opcional 9-12 4 0.44 - 3.84 PD de baja potencia 2 Opcional 17-20 7 3.84 - 6.49 PD de potencia

media 3 Opcional 26-30 15.4 6.49 – 12.95 PD de alta potencia o

potencia completa 4 Reservado 36-44 15.4 12.95 Para usos futuros

Tabla 4-2: Clases de PDs según consumo de potencia del estándar IEEE 802.3af

La fase de clasificación no dura más de 75ms [4-3].

4.2.1.3. Arranque Cuando las fases de detección y clasificación hayan sido un éxito, podremos

decir que el PD está preparado para ser alimentado. El PSE comenzará el arranque de la alimentación elevando la tensión de cada puerto entre 30 y 44V. Esta fase de arranque es una etapa intermedia previa a la alimentación, y sirve para que ésta no interfiera con las fases anteriores de detección y clasificación.

Esta etapa suele durar 50ms, tiempo suficiente para cargar un condensador

de bypass de 180µF situado en el front-end del PD y que es el encargado de estabilizar la tensión recibida. Mientras se carga, el dispositivo telealimentado mantendrá todavía desactivados sus circuitos.

4.2.1.4. Alimentación Una vez que el condensador de bypass es cargado, el PSE eleva el voltaje a

un rango de entre 44 y 57V (que debido a pérdidas resistivas en el cable, bajará a valores entre 36 y 57V cuando alcance el PD) y es cuando el PD aprovechará esta alimentación recibida para activar su propia circuitería y ponerse en funcionamiento.

Ya que la mayoría de dispositivos no trabajan con tensiones tan altas, en el

front-end del PD existirá un transformador DC/DC para generar voltajes más bajos y adaptarlos a rangos de tensiones adecuados [4-2].




120

Una vez comenzada la alimentación, la intensidad debe ser controlada y limitada constantemente para evitar posibles fallos. El estándar establece una intensidad límite Ilim entre 400 y 450mA, y una intensidad umbral Icut de entre 350 y 400mA. La intensidad de cada puerto nunca podrá exceder Ilim, ni tampoco superar Icut un tiempo superior a Tovld (entre 50 y 75ms). Si ocurre alguna de estas dos posibilidades, el puerto se apagará. Estos límites se aplican tanto en la fase de alimentación como de arranque (en la fase de arranque, en vez de Ilim, Irush) [4-3].

Además, el PSE deberá monitorizar continuamente el estado del enlace para

asegurarse que el PD sigue conectado. El estándar especifica dos métodos: Desconexión DC: si la intensidad de corriente baja un umbral Imin (entre 5 y

10mA) durante un intervalo de tiempo Tmps (entre 300 y 400ms), el PSE desactiva la alimentación.

Desconexión AC: el PSE mide la impedancia del puerto. Una alta impedancia significará que el PD está desconectado y el puerto se apagará después de Tmps ms.

4.2.4. Inconvenientes de 802.3af Aunque algunos ya han sido comentados anteriormente, queremos destacar los

principales inconvenientes de este estándar: 1. Excesivo voltaje pico a pico (60 V) frente a los 30V soportados por

gran cantidad de dispositivos de red [4-4]. 2. El estándar limita el voltaje a inyectar a 48 V DC. El uso de esta

cantidad tan alta reduce la intensidad de corriente que circula a través del cable, incrementando las limitaciones de distancia de éste [4-5].

3. Polaridad indefinida en el estándar. Para solucionar este problema,

como ya comentamos anteriormente, necesitamos puentes de diodos rectificadores. Estos generan caídas de tensión, además de aumentar el tamaño y el coste de los PDs compatibles con este estándar.

4. El modo de alimentación que usa el PSE no es especificado por la

norma. Esto lleva a la fabricación de un PD compatible con varias configuraciones, lo que requiere de más componentes electrónicos.




121

4.2.5. Una extensión de 802.3af: IEEE 802.3at En Septiembre del 2005, el IEEE decidió formar un grupo de trabajo, el IEEE

802.3at Task Force, para crear y desarrollar la especificación que lleva el mismo nombre. Comercialmente conocido como PoE+, este estándar tiene por objetivo extender y mejorar a su antecesor mediante el uso de todos los pares del cable Ethernet de Categoría 5 para el alimentar al PD. Esto incrementa la potencia máxima recibida de cada dispositivo a 56W, lo que hará extender el campo de aplicación de esta tecnología (por ejemplo, a WiMAX).

Las principales directrices que siguen desde el Task Force son las siguientes:

802.3at sólo debe operar con Cat5 o cables de categoría superior. Elimina el uso del cable Cat3.

802.3at debe cumplir los requisitos de seguridad y limitaciones establecidas por 802.3af.

Un PSE 802.3at debe ser capaz de alimentar tanto a PDs 802.3af como a PDs 802.3at.

Un PD 802.3at es incompatible con un PSE 802.3af. Si se conecta a éste, debe avisar al usuario de que requiere de un PSE 802.3at para su funcionamiento.

Investigar la alternativa de alimentación midspan para el protocolo 1000BASE-T.

Investigar la aplicación de PoE a 10GBASE-T.




122

4.3. Implementaciones no estándar de PoE A pesar de la existencia del estándar, hay fabricantes que ofrecen su propia

solución. Y es que antes de la ratificación de éste ya existían compañías punteras que tenían sus propios sistemas y protocolos de alimentación a través del cable Cat5. Estas implementaciones no están estandarizadas y fueron creadas incluso antes que el propio estándar, pero esto no significa ni mucho menos que hayan caído en desuso.

El mejor ejemplo lo tenemos en Cisco Systems®, la mayor compañía de

networking del mundo, la cual posee un método propietario para alimentar a sus teléfonos IP o APs a través de los cables de red. Este método fue desarrollado en el año 2000, tres años antes de la aprobación del estándar.

La principal diferencia con respecto al estándar del IEEE radica en el método de

detección. El PD de Cisco implementa una capa física especial para detectar si el dispositivo es capaz de ser telealimentado a través del cable Ethernet o no. Ésta hace uso de un filtro de paso baja que filtra el pulso enviado por el PSE.

Ilustración 4-9: Método de detección propietario de Cisco para Power-over-Ethernet

El proceso consiste básicamente en el envío de un único pulso FLP o Fast Link

Pulse (pulso de enlace rápido) por los pares transmisores hacia el PD. Si el dispositivo conectado es compatible con PoE, devolverá al PSE el FLP por los pares receptores, y éste, entonces, pasará a alimentar al dispositivo. Una vez comience la alimentación, la capa física desactivará el filtro y dejará pasar todas las frecuencias de datos [4-6].

Para informar al PSE de cuánta potencia requiere el PD, Cisco utiliza un

protocolo propietario denominado Cisco Discovery Protocol (CDP) o Protocolo de Descubrimiento de Cisco. No vamos a describir este protocolo. Sólo comentar que un




123

PSE de Cisco será capaz de repartir 7.6W como máximo, y que, por ejemplo, un teléfono IP de Cisco necesita 6.3W para su funcionamiento [4-6].

Además de la solución propietaria, Cisco fabrica dispositivos capaces de

funcionar bajo el estándar IEEE 802.3af indistintamente. Sin entrar en más detalle adjuntamos el circuito electrónico del front-end de un PD que soporta ambas implementaciones:

Ilustración 4-10: Front-end de un PD que soporta la solución propietaria de Cisco para PoE y el estándar

IEEE 802.3af.

Para finalizar, destacar que podemos encontrar también implementaciones no

estándares caseras de esta tecnología. Nosotros mismos, con los medios adecuados, podremos fabricar un sistema PoE. Basta con conectar los pares #4 y #5 (positivo) y los pares #7 y #8 (negativo) a una fuente de tensión DC apropiada. Deben de considerarse todas las limitaciones posibles como la resistencia del cable o la tensión a inyectar, y deben de tenerse en cuenta las características del dispositivo a alimentar.




124

CAPÍTULO 4: POWER-OVER-ETHERNET (POE)........................................... 108 4.1. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................108 4.2. IMPLEMENTACIONES ESTÁNDAR DE POE: IEEE 802.3AF .....................................110

4.2.1. ARQUITECTURA FÍSICA DE UN SISTEMA POE 802.3AF..........................................................110 4.2.2. ALIMENTACIÓN DEL PD ....................................................................................................114 4.2.3. ETAPAS PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN ENLACE POE 802.3AF .......................................116

4.2.1.1. Detección................................................................................................................117 4.2.1.2. Clasificación...........................................................................................................118 4.2.1.3. Arranque.................................................................................................................119 4.2.1.4. Alimentación...........................................................................................................119

4.2.4. INCONVENIENTES DE 802.3AF............................................................................................120 4.2.5. UNA EXTENSIÓN DE 802.3AF: IEEE 802.3AT ......................................................................121

4.3. IMPLEMENTACIONES NO ESTÁNDAR DE POE ........................................................122

ILUSTRACIÓN 4-1: EJEMPLO DE SISTEMA POE CON UN PSE ENDPOINT..................................................111 ILUSTRACIÓN 4-2: EJEMPLO DE SISTEMA POE CON PSE MIDSPAN ........................................................112 ILUSTRACIÓN 4-3: CONECTOR RJ45 ...................................................................................................112 ILUSTRACIÓN 4-4: PINES DE UN CABLE CAT5 RJ45..............................................................................113 ILUSTRACIÓN 4-5: ALTERNATIVA A. ENDSPAN. ALIMENTACIÓN POR LOS PARES DE DATOS ...................114 ILUSTRACIÓN 4-6: ALTERNATIVA B. MIDSPAN. ALIMENTACIÓN POR LOS PARES LIBRES........................115 ILUSTRACIÓN 4-7: TÍPICO FRONT-END DE UN PD COMPATIBLE CON POE 802.3AF .................................116 ILUSTRACIÓN 4-8: PROCESOS DE DETECCIÓN, CLASIFICACIÓN Y ALIMENTACIÓN DE UN PD SEGÚN EL

ESTÁNDAR 802.3AF ....................................................................................................................117 ILUSTRACIÓN 4-9: MÉTODO DE DETECCIÓN PROPIETARIO DE CISCO PARA POWER-OVER-ETHERNET......122 ILUSTRACIÓN 4-10: FRONT-END DE UN PD QUE SOPORTA LA SOLUCIÓN PROPIETARIA DE CISCO PARA POE

Y EL ESTÁNDAR IEEE 802.3AF....................................................................................................123

TABLA 4-1: FASES PARA LA ALIMENTACIÓN POE DE UN PD COMPATIBLE CON IEEE 802.3AF ................117 TABLA 4-2: CLASES DE PDS SEGÚN CONSUMO DE POTENCIA DEL ESTÁNDAR IEEE 802.3AF...................119

PPaarrttee IIII

Proyecto Técnico de la Red de Área Local

Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College

Proyecto Técnico para la Red de Área Local Inalámbrica de Wheelers Lane Technology College

Proyecto Fin de Carrera “Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College”

TCNS Limited José Javier Anguís Horno

125

1 Memoria Descriptiva. Pliego de Condiciones




126

1.1. Antecedentes

TCNS Limited (Total Computer & Network Support) es una empresa privada con domicilio social en The iBIC, Holt Court South, Jennens Road, Aston Science Park, B74EJ Birmingham (Reino Unido).

Figura 1-1: Logotipo y sede social de TCNS

Del sector de las tecnologías de la información (a partir de ahora IT, del inglés

Information Technologies), fue fundada en 1992 con el ánimo de dotar de soluciones informáticas y de red completas a pequeñas y medianas empresas de Birmingham y su región de West Midlands. Desde entonces su expansión ha sido sobresaliente y ahora es la compañía líder de su sector en esta región, tendiendo clientes incluso en otros lugares del Reino Unido como Londres, Dublín o Glasgow.

TCNS aporta la solución adecuada para cualquier necesidad técnica de

cualquier negocio o empresa. Ofrece un rango completo de servicios, desde mantenimiento y soporte informático hasta diseño, instalación, configuración y mantenimiento de todo tipo de redes. Entre sus servicios están:

Soluciones e

infraestructuras de redes

Cableado estructurado

Soporte y Mantenimiento

Sistemas telefónicos y telefonía VoIP

Soluciones informáticas

Gestión remota

Seguridad informática y red

Abastecimiento de HW y SW

Reparaciones




127

Wheelers Lane Technology College (WLTC) es un prestigioso centro educativo de Birmingham. Debido a la antigüedad y deterioro de su actual edificio han construido un nuevo edificio al que han querido dotar de la última tecnología. Confiando en la profesionalidad de TCNS Limited, le encargaron la adecuación técnica completa del nuevo inmueble.

Figura 1-2: Logotipo de WLTC

TCNS ha asistido a Wheelers Lane Technology College en la instalación del

cableado estructurado del edificio, y el diseño e implantación de una compleja infraestructura de red de voz y datos de unos 600 nodos aproximadamente. Además han acondicionado tecnológicamente cada rincón del centro, con el montaje, por ejemplo, de un sistema de audio a través de Ethernet, proyectores multimedia o pizarras interactivas.

Dentro de esta red está incluida una red de área local inalámbrica, la cual

proporciona un 100% de cobertura de acceso a todo el edificio. Esta WLAN ha sido diseñada con el fin de que los usuarios puedan compartir archivos y otros recursos de red sin necesidad de cables desde cualquier localización en la que se encuentren. Además permitirá que el usuario pueda conectarse remotamente a Internet a una velocidad razonable.




128

1.2. Objeto del proyecto

Nuestro proyecto se centra en planificar, diseñar, configurar, instalar y poner en funcionamiento una red inalámbrica de área local en la sede de nuestro cliente, Wheelers Lane Technology College, de tal forma que:

La red funcione, es decir, permita que los usuarios cumplan con sus

requisitos laborales. La red debe suministrar conectividad de usuario a usuario y de usuario a aplicación con una velocidad y confiabilidad muy razonable. Esto se traduce en que los usuarios puedan compartir archivos, aplicaciones y otros recursos de la red local de datos, y tengan acceso a Internet de manera inalámbrica y con unos criterios razonables.

Se dote al emplazamiento de la infraestructura necesaria para poder ofrecer cobertura radioeléctrica de calidad a los usuarios que se encuentren en cualquiera de las distintas zonas que conforman el edificio.

Se dote a la red inalámbrica de los mecanismos de seguridad necesarios que garanticen una transmisión y recepción de datos seguras.

Se verifique que la red funcione correctamente y se ajuste a los requisitos del cliente.

Se garantice que la red cumple con todos los requisitos técnicos y de seguridad especificados por las normativas vigentes al respecto.

En el presente documento se describen detalladamente todos los trabajos

realizados en la planificación, diseño, configuración, instalación y puesta en marcha de la red inalámbrica, así como las pertinentes pruebas para la comprobación de su correcto funcionamiento.

Este proyecto de red inalámbrica está enmarcado dentro de la red global de

datos y voz de Wheelers Lane Technology College.




129

1.3. Localización

La red inalámbrica será instalada en el centro educativo Wheelers Lane Technology College, situado en la dirección postal Wheelers Lane, Kings Heath, B13 0SF Birmingham (Reino Unido).

La situación exacta la podemos observar con detalle en los siguientes mapas:

Figura 1-3: Localización del Reino Unido




130

Figura 1-4: Localización de Birmingham (Reino Unido)

Figura 1-5: Localización de Wheelers Lane Technology Collage




131

1.4. Descripción del emplazamiento El edificio donde está ubicado Wheelers Lane Technology College es una nueva

construcción compuesta por tres plantas principalmente. La descripción detallada de cada planta la podemos ver en su correspondiente plano técnico, el cual adjuntamos en la sección 7.- Planos, PLANO Nº 1: Plano General de Planta Baja, PLANO Nº 2: Plano General de Planta Primera y PLANO Nº 3: Plano General de Planta Segunda.

Para una mejor descripción incluimos también numerosas fotografías del

emplazamiento mostradas en la sección 8.- Anexos, apartado 8.3. Reportaje Fotográfico.




132

1.5. Situación actual WLTC dispone de una red de área local cableada para sus comunicaciones de

datos que está actualmente en funcionamiento.

1.5.1. Arquitectura lógica y funcional

Figura 1-6: Arquitectura lógica de la LAN actual de WLTC




133

La LAN de WLTC está segmentada en dos redes bien diferenciadas: la de voz y la de datos.

La LAN de voz está dedicada exclusivamente para las comunicaciones de voz

del centro. No entraremos en más detalle ya que no es el objetivo de este proyecto técnico. Sólo comentar que se trata de un sistema de telefonía VoIP (Voice over IP). Sin embargo sí nos interesa estudiar la LAN de datos con cierto grado de profundidad, debido a que es aquí donde se integrará nuestra WLAN.

La LAN de datos está formada por hosts y servidores. Los hosts serán todos los

PCs y demás equipos informáticos que hay en despachos, aulas, oficinas y otras salas del centro, además de otros dispositivos de red como son impresoras, escáneres, fotocopiadoras, etc. Podemos distinguir entre hosts de profesorado, hosts de alumnado y hosts de personal de administración, y la conexión a cada uno de ellos será de 100Mbps.

Los servidores están localizados en la sala principal de comunicaciones del

edificio o MDF (Main Distribution Frame) llamada “ICT Server Room”. Habrá varios, cada uno dedicado a distintos fines: servidores con aplicaciones que los usuarios pueden ejecutar en local, servidores de backup, servidor para la gestión, mantenimiento y seguridad de la red, servidor DHCP, etc. La conexión a cada uno de ellos será de 1000Mbps.

Los hosts de cada planta van a parar a sus respectivos switches de planta, que

no son más que dos conmutadores, de 48 puertos cada uno, conectados en cascada entre sí. El conjunto de todos los switches de planta se une en topología de estrella a un switch central stackable (conectándonos a él podemos gestionar todos los switches), al que también están conectados directamente los servidores de la red. Todos estos equipos, además del router y los firewall, se encuentran en la sala principal de comunicaciones “ICT Server Room”. Destacar que el conmutador central implementa una VLAN (Virtual LAN, 802.1Q), en concreto la número 3 (VLAN 3 o VLAN de datos), con el objetivo de segmentar la infraestructura física de red en diferentes dominios de broadcast: uno para voz (VLAN 4 o VLAN de voz) y otro para datos.

El switch central se conecta al router a través de un firewall (hay un firewall

para cada una de las LANs). Sólo existe un router de acceso principal, el cual sale a la MAN con tecnología de fibra de 100Mbps y cuyo caudal principal es de 20Mbps. No existe router de respaldo o backup para cuando caiga el principal. Para independizar




134

las LANs de voz y datos, en el router se han configurado diferentes listas de acceso para las distintas VLANs.

Hacia el exterior, es decir, hacia la MAN (Metropolitan Area Network), la LAN

de WLTC enlaza con la Red del City Council de Birmingham (Ayuntamiento de Birmingham), red que interconecta a todos los organismos oficiales, centros educativos, universidades, etc. de la ciudad. De aquí saldrá la conexión con el Proveedor de Servicios de Internet o ISP (Internet Service Provider) y en ella se encontrarán distintos servidores como los servidores de correo, DNS o Proxy.

Todo esto lo vemos con más claridad en el siguiente esquema:

Figura 1-7: Arquitectura lógica de la LAN de datos de WLTC al detalle




135

1.5.2. Arquitectura física Físicamente, la LAN de WLTC está compuesta por los siguientes equipos:

Un router Cisco 2691 con los siguientes módulos instalados:

Modulo Descripción Unidades NM-1GE Módulo Gigabit Ethernet 1 WS-G5484 Módulo Gigabit Ehthernet 1000Base-SX fibra multimodo 3

Un conversor de medios para adaptar la salida del router (fibra multimodo) a la fibra monomodo que sale a la calle.

Dos firewalls SonicWALL PRO 5060f para cada una de las LANs, la de datos y la de voz respectivamente.

Un switch central Cisco Catalyst 3550G-12T con los siguientes módulos instalados

Modulo Descripción Unidades WS-G5484 Módulo Gigabit Ehthernet 1000Base-SX fibra multimodo 2

Seis switches de planta modelo Linksys SRW2048 de 48 puertos 10/100/1000 Mbps. Están repartidos 2 a 2 en cada planta.

Varios servidores de distintos fabricantes.

Una centralita PABX para telefonía IP Aastra Ascotel Intelligate 2045 y teléfonos SIP Aastra para VoIP (LAN de voz).

Hosts.

Cables 100Base-TX UTP Cat5, 1000Base-T UTP Cat5 y 1000Base-SX Fibra Multimodo, que cumplen los estándares TIA/EIA-568A y TIA/EIA-569.

Otros equipos que no son objeto de estudio de nuestro proyecto.




136

Hacemos mención especial a la sala principal de comunicaciones o MDF, llamada por el cliente ICT Server Room. Aquí es dónde se sitúan todos los armarios o racks de cableado que albergan a los distintos equipos. Éstos son lo suficientemente grandes incluso pensando en una posible expansión. La localización de esta habitación se muestra en señalada en rojo en el PLANO Nº 5: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Primera de la sección 7.

La sala cumple con los requisitos ambientales necesarios para este tipo de

zonas, como son la correcta alimentación eléctrica, una temperatura correcta y constante mediante el uso de sistemas de ventilación y calefacción, y una adecuada iluminación. Además la habitación se encuentra debidamente protegida de accesos no autorizados mediante el uso de puerta con llave de seguridad.

Los armarios de cableado se distribuyen de la siguiente manera:

Panel de conexiones (Patch panel)

Cisco 2691

Rack de servidores

Otros equipos: sistemas de alimentación, matriz RAID, unidades de cinta, etc

Cisco Catalyst 3550G-12T

Linksys SWR2048

SonicWALL PRO 5060f

Figura 1-8: Armarios de cableado de ICT Server Room




137

1.6. Requisitos del cliente Como requerimientos especiales que establece Wheelers Lane Technology

College en la oferta de la red de área local inalámbrica de comunicaciones, destacamos:

La red inalámbrica debe quedar integrada en la LAN de datos actual de WLTC aprovechando la infraestructura existente en la medida de lo posible.

Se desea el siguiente modelo de puntos de acceso para la WLAN: NETGEAR RangeMax™ Wireless Access Point WPN802. La razón es que incorpora tecnología MIMO 1 y un chip Atheros que le dota de tecnología SuperG 2, última tecnología en el mercado 3 con velocidad máxima de hasta 108Mbps).

Se desea cobertura en el 100% de la totalidad del centro, con un umbral de señal suficiente como para establecer comunicaciones a una velocidad aceptable.

El cliente recomienda el interior del falso techo del edificio como zona adecuada para colocar los puntos de acceso. El motivo es evitar posibles manipulaciones o robos del cable y el terminal. Para ello el cliente ha habilitado rosetas de conexión de red a lo largo del techo, tal y como se muestra en la siguiente fotografía. Esto hace que la localización de los puntos de acceso sea muy acotada y solamente se puedan situar a unos cuantos metros (dependiendo de la longitud del cable Cat5) de la roseta más cercana.

1 Esto es lo que vende el fabricante, pero estudiando sus características en profundidad, llegamos a la conclusión de que no es MIMO verdadero tal y como lo definimos nosotros en la Parte I: Estudio teórico de las redes de área local inalámbricas, sino que es más bien “pseudo-MIMO” (utiliza técnicas de diversidad de antenas pero no multiplexación espacial). Para más información ver Capítulo 3: Tecnología MIMO. 2 Este estándar ya fue tratado en el Capítulo 2: Familia IEEE 802.11 de la Parte I: Estudio teórico de las redes de área local inalámbricas. Para más información nos remitimos a dicho capítulo. 3 En el momento de la oferta, no había dispositivos Pre-n en el mercado.




138

Figura 1-9: Detalle de las rosetas de conexión de los puntos de acceso, cercanas al falso techo

El cliente prefiere el estándar IEEE 802.11g como protocolo de

funcionamiento, ya que consigue velocidades mayores que el IEEE 802.11b. El IEEE 802.11a se descarta por su poca aceptación y poca consolidación en el mercado actual.

Los puntos de acceso serán configurados con IP estáticas y no actuarán como servidores DHCP de cara a los usuarios, debido a que el cliente dispone de un equipo en su LAN de datos que ya realiza dicha función (el router).

El direccionamiento IP de la WLAN será proporcionado por el cliente.

Requisitos de seguridad de la WLAN:

Modo de autenticación WPA-PSK sin servidor de autenticación ni filtrado MAC.

Encriptación TKIP.

SSID y PSK proporcionadas por cliente.




139

1.7. Descripción general de la solución inicial adoptada La solución propuesta por TCNS para conformar la red inalámbrica se puede

resumir principalmente en los siguientes puntos:

La topología de red escogida será la de modo BSS extendido o ESS (Extended Service Set), que consiste en tener varios puntos de acceso inalámbricos (WAP o AP, acrónimo en inglés, Wireless Access Point), interconectados por una LAN convencional, de forma que cada AP abarca una zona o celda que corresponde a su radio de alcance. Los usuarios podrán moverse libremente de una celda a otra y su conexión se establecerá automáticamente con el AP del que reciban una señal más potente. A esto se le llama roaming o itinerancia entre celdas.

Los puntos de acceso serán los propuestos por el cliente y estarán convenientemente distribuidos a lo largo del edificio para dotar de cobertura radioeléctrica de calidad a los usuarios independientemente de cuál sea su posición dentro del edificio. Se realizarán una serie de actuaciones previas orientadas a la obtención del lugar óptimo donde situar los APs y el número de ellos.

Haremos un estudio para la asignación de canales de frecuencia a cada uno de los puntos de acceso. Éstos tendrán que tener una separación mínima entre frecuencias centrales de 30 MHz para que no se produzcan interferencias entre APs adyacentes.

La LAN que interconecta a todos los puntos de acceso consistirá físicamente en conexiones Ethernet hacia un switch, por medio de cables Cat5 planos. Para una mejor organización y para no saturar las conexiones a los switches de la LAN de datos, se dedicará un switch en exclusiva para la WLAN.

Para integrar ambas redes, se conectará el switch de la WLAN directamente al switch central de la LAN de datos (que a su vez está conectado al router principal) por medio de un cable Cat5 cruzado.

El switch estará fijado sobre bastidores de 19 pulgadas en los armarios (racks) donde se encuentra el resto de equipos de la LAN actual de WLTC.




140

Los racks estarán situados en la “ICT Server Room” o sala de servidores del edificio.

El estándar de funcionamiento de nuestra red, tal y como especifica el cliente, será el IEEE 802.11g. Por lo tanto nuestra red Wifi funcionará a 2.4Ghz, con un alcance interior de hasta 40m, una velocidad máxima de transmisión de 54Mbps y un throughput aproximado de 20Mbps (dependiendo de las condiciones interiores). Como técnica de transmisión utilizará DSSS para velocidades bajas y OFDM para velocidades altas.

Si se dan todas las condiciones necesarias, podremos obtener velocidades teóricas de hasta 108Mbps y mayores distancias de cobertura gracias a la tecnología SuperG que incorporan los puntos de acceso. Ésta tecnología utiliza técnicas de “smart antenna”.

El resto de parámetros de la WLAN se configurará convenientemente de acuerdo con los requisitos de seguridad y direccionamiento impuestos por el cliente.

Una vez puesta en funcionamiento, se realizarán diversas pruebas que comprueben que el resultado final es el deseado.

En las siguientes secciones de este proyecto se explicará con toda profundidad

la solución adoptada.




141

1.8. Plan de actuación

Nombre Duración Comienzo Fin FASE 1: Planteamiento, elaboración y aceptación del proyecto y la oferta económica 21 días 26/03/2007 23/04/2007

Planteamiento del problema 1 día 26/03/2007 26/03/2007 Recopilación de información 1 día 26/03/2007 26/03/2007 Elaboración del proyecto 10 días 27/03/2007 09/04/2007 Elaboración de la oferta económica 1 día 10/04/2007 10/04/2007 Aceptación del proyecto y oferta económica 8 días 12/04/2007 23/04/2007

FASE 2: Actuaciones previas 1 día 24/04/2007 24/04/2007 Estudios previos de pérdidas 1 día 24/04/2007 24/04/2007 Estudios previos de cobertura 1 día 24/04/2007 24/04/2007

FASE 3: Diseño 1 día 25/04/2007 25/04/2007 Diseño 1 día 25/04/2007 25/04/2007

FASE 4: Instalación 25 días 30/04/2007 01/06/2007 Acopio de material 20 días 30/04/2007 25/05/2007 Instalación puntos de acceso 4 días 28/05/2007 31/05/2007 Instalación del resto de equipos 1 día 01/06/2007 01/06/2007 Conexionado 1 día 01/06/2007 01/06/2007

FASE 5: Configuración 2 días 04/06/2007 05/06/2007 Configuración de puntos de acceso 1 día 04/06/2007 04/06/2007 Configuración del resto de equipos 1 día 05/06/2007 05/06/2007

FASE 6: Puesta en marcha 1 día 06/06/2007 06/06/2007 Puesta en marcha 1 día 06/06/2007 06/06/2007

FASE 7: Certificación 3 días 11/06/2007 13/06/2007 Estudio final de cobertura 2 días 11/06/2007 12/06/2007 Otras pruebas de verificación 1 día 13/06/2007 13/06/2007




142




143

SECCIÓN 1: MEMORIA DESCRIPTIVA. PLIEGO DE CONDICIONES ................................................................................... 125 1.1. ANTECEDENTES..............................................................................................................126 1.2. OBJETO DEL PROYECTO ..............................................................................................128 1.3. LOCALIZACIÓN...............................................................................................................129 1.4. DESCRIPCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO......................................................................131 1.5. SITUACIÓN ACTUAL ......................................................................................................132

1.5.1. ARQUITECTURA LÓGICA Y FUNCIONAL...............................................................................132 1.5.2. ARQUITECTURA FÍSICA......................................................................................................135

1.6. REQUISITOS DEL CLIENTE ..........................................................................................137 1.7. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA SOLUCIÓN INICIAL ADOPTADA ......................139 1.8. PLAN DE ACTUACIÓN....................................................................................................141

FIGURA 1-1: LOGOTIPO Y SEDE SOCIAL DE TCNS ................................................................................126 FIGURA 1-2: LOGOTIPO DE WLTC ......................................................................................................127 FIGURA 1-3: LOCALIZACIÓN DEL REINO UNIDO ...................................................................................129 FIGURA 1-4: LOCALIZACIÓN DE BIRMINGHAM (REINO UNIDO) .............................................................130 FIGURA 1-5: LOCALIZACIÓN DE WHEELERS LANE TECHNOLOGY COLLAGE ..........................................130 FIGURA 1-6: ARQUITECTURA LÓGICA DE LA LAN ACTUAL DE WLTC ..................................................132 FIGURA 1-7: ARQUITECTURA LÓGICA DE LA LAN DE DATOS DE WLTC AL DETALLE.............................134 FIGURA 1-8: ARMARIOS DE CABLEADO DE ICT SERVER ROOM.............................................................136 FIGURA 1-9: DETALLE DE LAS ROSETAS DE CONEXIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO, CERCANAS AL FALSO

TECHO .......................................................................................................................................138




143

2 Actuaciones Previas




144

2.1. Introducción

Esta sección se dedica a describir un conjunto de actuaciones realizadas previamente a la fase de diseño de la WLAN objetivo de este proyecto.

Este tipo de actuaciones han consistido en estudios teóricos y empíricos para la

búsqueda de localizaciones específicas de los puntos de acceso inalámbricos, y obtención del número exacto de dispositivos que necesitamos. Asimismo nos ha permitido asignar canales de radiofrecuencia de tal manera que se eviten, en la medida de lo posible, interferencias entre AP. Incluso nos ha permitido recabar otra información útil para el posterior diseño de nuestra red.

Aún así, algunos de los resultados del estudio son orientativos y no del todo

precisos porque las condiciones que afectan a las señales de radio son muy variadas y no todas se podrían tener en cuenta. Por ejemplo, el número de personas exacto que se encontrasen en cada habitación en cada momento, la época del año, las condiciones climatológicas de todos los día, equipos nuevos instalados a partir de entonces que afecten a ese rango de frecuencias, etc.

Para llevar a cabo estas actuaciones han sido necesarios un punto de acceso

inalámbrico del modelo especificado por el cliente, un ordenador portátil con adaptador inalámbrico y un software específico de este adaptador que mide la intensidad de señal recibida del punto donde nos encontremos.

También ha sido necesario un plano del edificio al completo (facilitado por el

cliente), acompañado de una inspección detallada del lugar buscando posibles barreras potenciales que obstaculicen la propagación de las ondas de radiofrecuencia y que generalmente los planos no muestran.




145

2.2. Inspección del lugar Se realiza una inspección del lugar identificando posibles zonas conflictivas

para la recepción óptima de la señal como por ejemplo áreas con estructuras metálicas como cañerías o estanterías que no aparecen en los planos originales. Estas zonas se muestran en PLANO Nº 4: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Baja, PLANO Nº 5: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Primera y PLANO Nº 6: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Segunda de la sección 7.- Planos, y habrá que tenerlas en cuenta a la hora de diseñar la cobertura de la red.

Asimismo, durante la inspección se analizan también los puntos donde el

cliente quiere que se instalen los puntos de acceso inalámbricos. Como ya comentamos anteriormente, su deseo es que vayan en el interior de los falsos techos de cada planta del edificio para evitar posibles manipulaciones o robos de los dispositivos. Por ello, hay rosetas habilitadas cercanas al techo, tal y como se podía ver en la Figura 1-1: Detalle de las rosetas de conexión de los puntos de acceso, cercanas al falso techo de la sección 1.

Este hecho provoca un problema: la alimentación de los puntos de acceso. En el

interior del falso techo no existen tomas de corriente para conectar la fuente de alimentación de los AP porque la normativa vigente lo impide. Tampoco existen enchufes próximos a las rosetas de conexión por el mismo motivo. Los más cercanos se encuentran a unos 3 metros aproximadamente de la roseta, cercanos al suelo. Pero ni el cable de alimentación es tan largo, ni es conveniente por el deseo expreso del cliente de evitar manipulaciones.

Ante tal contratiempo se propone alimentar a los puntos de acceso a través del

propio cable UTP Cat5 por donde se conectan a la LAN y reciben los datos, usando la técnica conocida como Power-over-Ethernet o PoE.




146

2.3. Potencia mínima recibida Se va a definir la potencia mínima que queremos que reciba cada terminal de

usuario de tal manera que se cumplan los requisitos del cliente. El cliente desea cobertura en el 100% de la totalidad del centro, con un nivel de

señal suficiente como para establecer comunicaciones a una velocidad aceptable. Para que el receptor funcione, la potencia de la señal que le llega debe superar un umbral denominado sensibilidad del receptor. Este umbral está fijado por las normativas de cada protocolo y por la calidad de los equipos de los distintos fabricantes.

Nosotros escogeremos esta sensibilidad como potencia mínima recibida;

deberemos asegurar que un usuario situado en cualquier punto del edificio reciba como mínimo una potencia igual a este umbral.

Netgear adjunta la siguiente tabla con las sensibilidades de recepción para el

estándar IEEE 802.11g según la tecnología y la tasa de transmisión: Tecnología de transmisión DSSS OFDM Tasa de transmisión (Mbps) 1 2 5.5 11 6 9 12 18 24 36 48 54

Sensibilidad de recepción (dBm) -92 -90 -88 -86 -89 -85 -82 -79 -76 -73 -72 -72

Tabla 2-1: Tabla de sensibilidades del receptor de Netgear según la velocidad

Por ser la más restrictiva, escogeremos -72dBm como potencia mínima

recibida.




147

2.4. Modelo de pérdidas La finalidad de encontrar un modelo de pérdidas adecuado es la de poder

predecir con cierto grado de exactitud de forma teórica el nivel de señal que vamos a obtener en cualquier punto del área implicada.

Entre los muchos modelos de interior disponibles en la literatura, el Modelo

COST 231 Multi-wall/Multi-floor o Modelo de Keenan-Motley modificado ha sido elegido por ser razonablemente el más apropiado en nuestro escenario de medidas debido a su baja dependencia a la exactitud de la base de datos y a su reducido tiempo de computación. Este modelo calcula las pérdidas de trayecto basándose en el trayecto directo entre transmisor y receptor, considerando la ubicación exacta de muros y paredes, y considerando las pérdidas de penetración individuales de éstos dependiendo del material que los constituye.

Viene dado por la siguiente expresión:

Ff

ff

I

iwiwifs Lb

nn

nLnKLdBL ·12

··)(1

(2-1)

Donde: · K es un coeficiente que representa las pérdidas no físicas del entorno. Depende de la distancia. · win es el número de paredes penetradas de tipo i

· wiL es la perdida en dB de pared tipo i

· I es el número de paredes distintas que hay · fn es representa el numero de plantas penetradas.

· b es un factor de corrección empírico debido a la no linealidad de FL

· FL es la pérdida entre plantas adyacentes

· fsL es la pérdida en espacio libre entre el transmisor y el receptor en dB, dada

por la siguiente fórmula:




148

)(log20)(log2045,32)( mdGhzfdBL fs (2-2)

wiL se obtiene o bien de tablas I o bien empíricamente realizando nosotros

mismos las medidas oportunas sobre el terreno. En nuestro caso han sido obtenidas de la segunda forma, promediando numerosas medidas a uno y otro lado de cada uno de los distintos tipos de obstáculos. Los resultados son los siguientes:

Pérdidas Descripción Valor (dB)

FL Suelo entre plantas 19

Pared tipo biombo 8 Pared de separación entre aulas adyacentes 10 Pared de separación entre pasillo y aula 16 Pared con estructuras metálicas 22 Ventanas 9

wiL

Puertas 6 Tabla 2-2: Pérdidas según el tipo de pared atravesada

Para caracterizar K tenemos también dos opciones. Una es directamente hacer la simplificación K=0, pero resultaría un modelo de pérdidas no optimizado bastante alejado del modelo real.

La otra opción es colocar el punto de acceso en un pasillo del edificio e ir

realizando medidas sucesivas de la potencia recibida con nuestro portátil a distintas distancias, habiendo en todo momento visión directa entre ambos sin obstáculos de por medio. El modelo de pérdidas resultante si que sería óptimo, y es por eso que es la forma que hemos escogido para caracterizar teóricamente K.

Si aplicamos la fórmula de Friis:

KdfPIRELPIREdBmPrx log20log2045,32)( (2-3) Donde, para las pérdidas hemos tenido en cuenta que las medidas se han hecho

en la misma planta (nf = 0), y había visión directa entre emisor y receptor (es decir no había obstáculos ni paredes por lo que Lwi=0).

Sabiendo además que la PIRE es de 20dBm (100mW) tal y como establece el

estándar 802.11g, y despejando K tenemos que:

I Recomendación M.1225 de la ITU-R




149

rxPdfPIREK log20log2045,32 (2-4) Las Prx obtenidas en el proceso de medidas más el cálculo de la K

correspondiente aparecen en la siguiente tabla:

Nº de medida Distancia al AP d(m)

Potencia recibida Prx (dBm)

K

1 0.5 -34 19.8156867 2 2 -38 11.7744869 3 4 -42 9.75388698 4 6 -46 10.2320618 5 8 -50 11.7332871 6 10 -55 14.7950868 7 12 -55 13.2114619 8 14 -54 10.8725261 9 16 -58 13.7126872

10 18 -60 14.6896367 11 20 -64 17.7744869 12 22 -65 17.9466332 13 24 -63 15.190862 14 26 -63 14.4956198 15 28 -67 17.8519262 16 30 -70 20.2526617 17 32 -68 17.6920872 18 34 -69 18.1655085 19 36 -71 19.6690368 20 38 -73 21.1994149 21 40 -74 21.753887 22 42 -76 23.330101 23 44 -74 20.9260333 24 46 -72 18.5399302 25 48 -77 23.1702621 26 50 -76 21.8156867 27 52 -74 19.4750199 28 54 -77 22.1472116 29 56 -79 23.8313263 30 58 -80 24.5265269 31 60 -81 25.2320618 32 62 -85 28.947253

Tabla 2-3: Medidas para caracterizar el coeficiente K

Una vez que tenemos todos los valores de K, realizamos una aproximación

polinómica con MATLAB. El resultado es el siguiente:




150

16.2620 1.1716d- 0.0925d 0.0022d - d1.7090·10 234-5 K (2-5)

Con esto ya tendríamos caracterizado completamente el modelo de pérdidas

para cada planta de manera teórica con la siguiente expresión:

I

iwiwi

rx

Ln

dfPIRELPIREdBmP

1

2345- ·16.2620 1.1716d 0.0925d 0.0022d d1.7090·10-

log20log2045,32)( (2-6)

Destacar que este modelo de pérdidas se corresponde al de la primera planta,

que es donde realizamos las medidas, pero por similitud con sus homólogas, asumiremos que es también válido para el resto de plantas.




151

2.5. Estudios previos de cobertura

2.5.1. Estudio de cobertura teórico para un punto de acceso Con toda la información hallada en los puntos anteriores podremos dibujar

sobre el plano el radio de cobertura aproximado de un punto de acceso. Esto nos ayudará a hacer una estimación más precisa del número de puntos de acceso que necesitamos y la distribución de los mismos, sin necesidad de acudir al sitio para hacer las pruebas.

Describimos cómo sería el proceso teórico: - Escogemos sobre el plano una localización para nuestro punto de acceso. - Sobre el plano trazamos radiales que salen del punto de acceso cada 18º

aproximadamente. - Para cada radial estimamos a ojo el número de paredes que prevemos que

la señal va a encontrar en su camino antes de que ésta se atenúe hasta 72dBm.

- Clasificamos cada tipo de pared de acuerdo con Tabla 2-2: Pérdidas según el tipo de pared atravesada y le asociamos su correspondiente pérdida.

- Con Prx=-72dBm como potencia mínima requerida, PIRE=20dBm (100mW), y f=2,4Ghz, despejamos la distancia d(m) de la fórmula de Friis. Para ello necesitaremos MATLAB.

- Para cada radial marcamos esta distancia sobre el plano aplicando la escala. Según el proceso descrito, la cobertura teórica que proporcionaría un punto de

acceso en el lugar establecido sería tal a la mostrada en el PLANO Nº 7: Cobertura Teórica de un Punto de Acceso de la sección 7.- Planos.

Atendiendo a este resultado y extendiéndolo a las restantes plantas, estimamos

que serán necesarios 19 puntos de acceso para dotar de cobertura WiFi al edificio completo, distribuyéndolos de la siguiente forma: 6 AP por planta excepto en la planta baja que contaremos con 7 debido a la existencia del salón de actos.




152

2.5.2. Estudio de cobertura empírico para un punto de acceso A parte del estudio teórico de cobertura realizado en el punto anterior, hemos

realizado otro estudio empírico, con el objetivo de comparar ambos. Para ello fue necesario acceder al edificio, y allí seguimos los siguientes pasos:

- Situar nuestro punto de acceso en el mismo lugar donde lo dibujamos

teóricamente sobre el plano. - Situarnos con nuestro portátil, el plano y el software de medición en este

mismo lugar. - Alejarnos del AP en línea recta hasta que ver que la potencia recibida es de -

72dBm aproximadamente, y marcar ese punto en el plano. - Repetir el proceso sobre otras radiales imaginarias que salen del AP,

separadas cada 18º aproximadamente.

Según el proceso descrito, la cobertura empírica que proporcionaría un punto de acceso en el lugar establecido sería tal a la mostrada en el plano PLANO Nº 8: Cobertura Empírica de un Punto de Acceso de la sección 7.- Planos

Los resultados obtenidos difieren de los del punto anterior. Según el PLANO

Nº8 necesitaríamos menos puntos de acceso para cubrir íntegramente el edificio, 13 aproximadamente (4 por planta excepto en la planta baja en la que necesitaríamos 5). Pero debido a la inexactitud de las pruebas y a los exigentes requerimientos del cliente, escogemos el número más alto para asegurarnos de que no nos “quedamos cortos” en la estimación. Por tanto seguimos suponiendo que son necesarios 19 puntos de acceso que para satisfacer las exigencias de nuestro cliente.




153

2.6. Conclusiones Las conclusiones que sacamos a partir de los estudios anteriores se resumen en los

siguientes puntos:

Debemos tener en cuenta las posibles zonas conflictivas a la hora de calcular el número de puntos de acceso inalámbricos que necesitamos.

Debido al problema existente con la alimentación de los puntos de acceso, detectado durante la inspección del lugar, proponemos como solución utilizar Power-over-Ethernet para poder alimentarlos a través del mismo cable UTP Cat5.

Definimos potencia mínima recibida como el nivel de señal en dBm que tiene que recibir cualquier usuario en cualquier punto del edificio para que se garantice la comunicación a una velocidad aceptable.

Establecemos como potencia mínima recibida -72dBm, que es la sensibilidad de recepción del punto de acceso NETGEAR RangeMax™ Wireless Access Point WPN802 operando bajo el estándar IEEE 802.11g a velocidad máxima (54Mbps).

El modelo de pérdidas, que describe de manera teórica la atenuación que sufre la señal al propagarse por cada una de las plantas de nuestro cliente, viene dado por la siguiente fórmula:

I

iwiwi

rx

Lndddd

mdGhzfdBmPIRELPIREdBmP

1

432 ·2620,161716.10925.00022.0

)(log20)(log2045,32)()(

Debemos asegurar que cualquier usuario situado en cualquier punto del edificio reciba como mínimo una potencia igual a -72dBm.

Visto el radio de cobertura que posee nuestro punto de acceso operando bajo el estándar IEEE 802.11g, y analizadas detalladamente las características del lugar sobre el que vamos a instalar nuestra WLAN, para cumplir con el punto anterior estimamos que a priori serán necesarios 19 puntos de acceso: 7 en la planta baja y 6 en cada una de las plantas restantes.




154

SECCIÓN 2: ACTUACIONES PREVIAS ......................................... 143 2.1. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................144 2.2. INSPECCIÓN DEL LUGAR..............................................................................................145 2.3. POTENCIA MÍNIMA RECIBIDA ....................................................................................146 2.4. MODELO DE PÉRDIDAS.................................................................................................147 2.5. ESTUDIOS PREVIOS DE COBERTURA ........................................................................151

2.5.1. ESTUDIO DE COBERTURA TEÓRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO...........................................151 2.5.2. ESTUDIO DE COBERTURA EMPÍRICO PARA UN PUNTO DE ACCESO .........................................152

2.6. CONCLUSIONES ..............................................................................................................153

TABLA 2-1: TABLA DE SENSIBILIDADES DEL RECEPTOR DE NETGEAR SEGÚN LA VELOCIDAD ..................146 TABLA 2-2: PÉRDIDAS SEGÚN EL TIPO DE PARED ATRAVESADA .............................................................148 TABLA 2-3: MEDIDAS PARA CARACTERIZAR EL COEFICIENTE K ............................................................149




154

3 Diseño de la WLAN




155

3.1. Introducción

Esta sección se dedica a detallar el proceso de diseño de la WLAN de Wheeelers Lane Technology College.

En ella explicaremos el modelo de referencia adoptado; mostraremos la

arquitectura de red propuesta; describiremos el equipamiento usado así como su localización y conexionado; explicaremos el direccionamiento que utiliza la red; y enumeraremos las medidas de seguridad aplicadas.




156

3.2. Modelo de referencia La WLAN que diseñamos para Wheelers Lane Technology College opera bajo

el estándar IEEE 802.11g. Tiene la siguiente arquitectura de protocolos:

Figura 3-1: Modelo de referencia de la WLAN de WLTC

Describimos con más detalle las características de los niveles físico y de enlace.

IP

MAC (Media Access Control):

Capa de enlace

Capa física

PLCP (Physical Layer Convergence Procedure)

DSSS

(1, 2, 5.5, 11 Mbps) OFDM

(6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps)

LLC (Logical Link Control)

TCP

Capa de red

Capa de transporte

Aplicación

Presentación

Sesión

Capas superiores

802.11g




157

3.2.1. Capa física

Espectro radioeléctrico:

Banda Rango de frecuencias Potencia máxima de transmisión

2.4Ghz 2,4000 – 2,4835GHz 100mW (20dBm)

Técnicas de transmisión

Para bajas velocidades Para altas velocidades DSSS OFDM

Velocidades: 1, 2, 5’5, 11 Mbps Velocidades: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps

Necesaria una distribución de canales entre APs para evitar interferencias entre ellos

No hay interferencias entre canales porque son ortogonales entre sí.

Técnicas de modulación

DSSS OFDM DPSK PSK (BPSK, QPSK o QAM)

11 Reino Unido (Europa)

6 1

2,4000 GHz 2,4835 GHz

22 MHz




158

3.2.2. Capa de enlace

Protocolos de acceso al medio

MACA: CSMA/CA con RTS/CTS (DCF)

Función de Coordinación Puntual (PCF).

Reconocimientos (ACKs) y retransmisiones si éstos no se reciben.

NAV (Network Allocation Vector) para conocer cuándo volverá a quedar libre el canal.

Fragmentación y reensamblado de datos.

Prioridad a tramas mediante el espaciado entre tramas (IFS).

Roaming o itinerancia entre células.

Función de Sincronización entre Estaciones (TSF).

Mecanismo de ahorro de energía Power Saving.




159

3.3. Arquitectura lógica La topología de red escogida para la WLAN será la de modo BSS extendido o

ESS (Extended Service Set), con células solapadas y roaming entre ellas. Su arquitectura lógica se muestra en la siguiente figura.

Figura 3-2: Arquitectura lógica de red de la WLAN de WLTC, integrada en la LAN de datos

La WLAN irá integrada en la LAN de datos de WLTC, lógicamente hablando,

de la siguiente manera:




160

Figura 3-3: Integración lógica de la WLAN en la LAN de datos de WLTC




161

3.4. Arquitectura física

La siguiente figura muestra la arquitectura física de la solución adoptada:

Figura 3-4: Arquitectura física de red de la WLAN de WLTC, integrada en la LAN de datos




162

3.4.1. Descripción de equipamiento El equipamiento necesario para la instalación de nuestra WLAN es el siguiente:

Equipo Descripción Unidades NETGEAR RangeMax™ Wireless Access Point WPN802

Punto de acceso inalámbrico. 19

ZyXEL ES-2024PWR

Power-over-Ethernet (PoE) Switch de 24 puertos FastEthernet y 2 puertos Gigabit Ethernet.

1

LevelOne POS-1000 PoE Splitter para los puntos de acceso inalámbricos, no compatibles con PoE.

19

Cable 1000Base-T UTP Cat5e cruzado

Cables de conexión entre PoE switch y switch central de LAN.

1

Cable 100Base-TX UTP Cat5 plano

Cables de conexión desde el armario de parcheo a los puertos del PoE switch.

19

Tabla 3-1: Lista de equipos necesarios

Subrayar que TCNS Limited no es la encargada de suministrar los adaptadores

inalámbricos a los distintos usuarios de la WLAN, sino que son ellos mismos los propios responsables de adquirirlos.

TCNS Limited recomienda los modelos WPN111, WPN311, o WPN511

RangeMax de NETGEAR, aunque serán válidos todos aquellos que funcionen bajo el estándar IEEE 802.11g.

Para una información más detallada de los equipos ver 8.1 Hardware Empleado

de la sección 8.- Anexos.




163

3.4.2. Etiquetado del equipamiento Cada unidad de terminación de hardware debe de tener algún tipo de

identificador exclusivo [I]. Este identificador debe estar marcado en cada unidad de terminación de hardware con un rótulo, ya sea adhesivo o insertable, que debe de cumplir con los requisitos de legibilidad, protección contra el deterioro y adhesión especificados [II]. Proponemos el siguiente etiquetado.

I REFERENCIA: Estándar TIA/EIA-606 II REFERENCIA: Estándar UL969

Tabla 3-2: TABLA DE ETIQUETADO DE LOS EQUIPOS Dispositivo Planta Dirección MAC Número de

serie Etiqueta Etiqueta

TCNS Punto acceso 1 Baja 00184D9A55D8 1M31727D0055A AP1 005579 Punto acceso 2 Baja 001B2F472A1E 1M31747D00069 AP2 005580 Punto acceso 3 Baja 00184D9A57C2 1M31727E0055B AP3 005581 Punto acceso 4 Baja 00184D9A546C 1M31727B00558 AP4 005582 Punto acceso 5 Baja 00184D9A546A 1M31727A00557 AP5 005583 Punto acceso 6 Baja 00184D9A5482 1M31727900556 AP6 005584 Punto acceso 7 Baja 00184D9A5764 1M31727C00559 AP7 005585 Punto acceso 8 Primera 00184D9A543E 1M31727M004F1 AP8 005586 Punto acceso 9 Primera 00184D9A568E 1M31727N004F2 AP9 005587 Punto acceso 10 Primera 00184D9A5432 1M31727P004F3 AP10 005588 Punto acceso 11 Primera 00184D9A56E0 1M31727S004F5 AP11 005589 Punto acceso 12 Primera 00184D9A5750 1M31727R004F4 AP12 005590 Punto acceso 13 Primera 00184D9A5684 1M31727L004F0 AP13 005591 Punto acceso 14 Segunda 001B2F472CB6 1M31747300035 AP14 005592 Punto acceso 15 Segunda 001B2F472A28 1M31747200034 AP15 005593 Punto acceso 16 Segunda 001B2F472B52 1M31747000032 AP16 005594 Punto acceso 17 Segunda 001B2F472898 1M31747V002F0 AP17 005595 Punto acceso 18 Segunda 001B2F472CBA 1M31747Y00031 AP18 005596 Punto acceso 19 Segunda 001B2F472C1C 1M31747100033 AP19 005597 PoE Splitter 1 Baja N/A N/A PoE-Split-1 005598 PoE Splitter 2 Baja N/A N/A PoE-Split-2 005599 PoE Splitter 3 Baja N/A N/A PoE-Split-3 005600 PoE Splitter 4 Baja N/A N/A PoE-Split-4 005601




164

Además de las etiquetas expuestas en la tabla, incluiremos una etiqueta con la

dirección IP del dispositivo si procede. Vemos un ejemplo en las siguientes fotografías:

PoE Splitter 5 Baja N/A N/A PoE-Split-5 005602



PoE Splitter 8 Primera N/A N/A PoE-Split-8 005605






PoE Splitter 14 Segunda N/A N/A PoE-Split-14 005611






PoE Switch Primera - 65-020-102417G PoE-SW-1 005617

Figura 3-5: Detalle del etiquetado de los dispositivos




165

3.5. Localización de los equipos

3.5.1. Localización de los puntos de acceso Basándonos en:

Planos del edificio (ver los planos nº 1, 2 y 3 de la sección 7.- Planos).

Estudio de cobertura teórico de un punto de acceso (ver apartado 2.5.1. Estudio de cobertura teórico para un punto de acceso).

Estudio de cobertura empírico de un punto de acceso (ver apartado 2.5.2. Estudio de cobertura empírico para un punto de acceso).

Posibles barreras potenciales para la propagación de ondas de radio (ver los planos nº 4, 5 y 6 de la sección 7.- Planos).

Requisitos del cliente en cuanto a la localización de los puntos de acceso y cobertura del edificio (ver apartado 1.6. Requisitos del cliente).

El número de puntos de acceso estimados (ver apartado 2.6. Conclusiones).

Los 19 APs que conforman nuestra WLAN se colocarán en el interior del falso

techo. Proponemos para ellos la distribución mostrada en los planos de la sección 7 que citamos a continuación:

PLANO Nº 9: Localización de Puntos de Acceso en Planta Baja.

PLANO Nº 10: Localización de Puntos de Acceso en Planta Primera

PLANO Nº 11: Localización de Puntos de Acceso en Planta Segunda.

A cada punto de acceso le hemos asignado un canal de frecuencia distinto de

entre los 3 canales independientes disponibles que pueden operar simultáneamente en los 83.5Mhz del ancho total de la banda de 2.4Ghz (en el Reino Unido, canales 1, 7 y 13)




166

sin que aparezcan interferencias intercanal en una misma zona. Reflejamos esta asignación en la siguiente tabla:

Recordar que estas interferencias sólo se producirán cuando trabajemos a bajas

velocidades con DSSS, ya que OFDM utiliza portadoras ortogonales entre sí, que no interfieren por lo tanto entre ellas.

Además hemos procurado separar lo máximo posible a los APs que operan en

el mismo canal para evitar en la medida de lo posible la interferencia cocanal.

Tabla 3-3: TABLA DE ASIGNACIÓN DE CANALES A LOS PUNTOS DE ACCESO Dispositivo Planta Dirección MAC Número de

serie Etiqueta TCNS

Canal

AP1 Baja 00184D9A55D8 1M31727D0055A 005579 1 AP2 Baja 001B2F472A1E 1M31747D00069 005580 6 AP3 Baja 00184D9A57C2 1M31727E0055B 005581 11 AP4 Baja 00184D9A546C 1M31727B00558 005582 6 AP5 Baja 00184D9A546A 1M31727A00557 005583 1 AP6 Baja 00184D9A5482 1M31727900556 005584 11 AP7 Baja 00184D9A5764 1M31727C00559 005585 1 AP8 Primera 00184D9A543E 1M31727M004F1 005586 11 AP9 Primera 00184D9A568E 1M31727N004F2 005587 1 AP10 Primera 00184D9A5432 1M31727P004F3 005588 6 AP11 Primera 00184D9A56E0 1M31727S004F5 005589 11 AP12 Primera 00184D9A5750 1M31727R004F4 005590 6 AP13 Primera 00184D9A5684 1M31727L004F0 005591 1 AP14 Segunda 001B2F472CB6 1M31747300035 005592 1 AP15 Segunda 001B2F472A28 1M31747200034 005593 6 AP16 Segunda 001B2F472B52 1M31747000032 005594 11 AP17 Segunda 001B2F472898 1M31747V002F0 005595 6 AP18 Segunda 001B2F472CBA 1M31747Y00031 005596 1 AP19 Segunda 001B2F472C1C 1M31747100033 005597 11




167

3.5.2. Localización del resto de equipos El PoE Switch irá instalado en el rack de equipos de la ICT Server Room del

edificio, tal y como plasma la siguiente figura:

Figura 3-6: Localización del PoE Switch en los racks de la ICT Server Room

Los PoE Splitter irán instalados junto a los APs en el interior del falso techo.




168

3.6. Conexiones

3.6.1. Tablas de conexiones

Tabla 3-4: TABLA DE CONEXIONES DE LOS PUNTOS DE ACCESO Origen Planta Roseta

conexión Destino Puerto Medio Velocidad

AP1 Baja 0-136 PP-1 0-136 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP2 Baja 0-137 PP-1 0-137 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP3 Baja 0-138 PP-1 0-138 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP4 Baja 0-141 PP-1 0-141 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP5 Baja 0-140 PP-1 0-140 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP6 Baja 0-142 PP-1 0-142 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP7 Baja 0-143 PP-1 0-143 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP8 Primera 1-198 PP-1 1-198 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP9 Primera 1-202 PP-1 1-202 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP10 Primera 1-201 PP-1 1-201 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP11 Primera 1-197 PP-1 1-197 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP12 Primera 1-200 PP-1 1-200 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP13 Primera 1-196 PP-1 1-196 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP14 Segunda 2-212 PP-1 2-212 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP15 Segunda 2-213 PP-1 2-213 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP16 Segunda 2-210 PP-1 2-210 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP17 Segunda 2-214 PP-1 2-214 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP18 Segunda 2-211 PP-1 2-211 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps AP19 Segunda 2-215 PP-1 2-215 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps

Leyenda: AP=Access Point (Punto de Acceso); PP=Patch Panel (Panel de Conexión);




169

Tabla 3-5: TABLA DE CONEXIONES DEL PANEL DE CONEXIONES

Origen Puerto Destino Puerto Medio Velocidad PP-1 0-136 PoE-SW-1 1 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-137 PoE-SW-1 2 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-138 PoE-SW-1 3 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-141 PoE-SW-1 4 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-140 PoE-SW-1 5 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-142 PoE-SW-1 6 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-143 PoE-SW-1 7 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-198 PoE-SW-1 8 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-202 PoE-SW-1 9 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-201 PoE-SW-1 10 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-197 PoE-SW-1 11 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-200 PoE-SW-1 12 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-196 PoE-SW-1 13 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-212 PoE-SW-1 14 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-213 PoE-SW-1 15 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-210 PoE-SW-1 16 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-214 PoE-SW-1 17 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-211 PoE-SW-1 18 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-215 PoE-SW-1 19 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps

Leyenda: PP=Patch Panel (Panel de Conexión); PoE-SW=PoE Switch;

Tabla 3-6: TABLA DE CONEXIONES DEL PoE SWITCH Origen Puerto Destino Puerto Medio Velocidad PoE-SW-1 25 C-SW-1 10 1000Base-T UTP Cat5e 1000Mbps

Leyenda: C-SW=Central Switch;

3.6.2. Detalles de conexiones

3.6.2.1. Conexión del AP con el PoE Splitter Conectamos el PoE Splitter con la roseta de conexión por medio de un cable

100Base-TX UTP de categoría 5. Del splitter, a su vez, salen otros dos cables que llegan al punto de acceso: uno de alimentación, con conector jack, el cual se acopla




170

a la toma de corriente del punto de acceso; y otro de datos, con conector RJ45, el cual se conecta al puerto Ethernet del punto de acceso.

Figura 3-7: Detalle de conexión del PoE Splitter con al AP no compatible con PoE

3.6.2.2. Conexión del PoE Splitter con el PoE Switch La roseta de conexión está cableada hasta el panel de conexiones o patch

panel de la ICT Server Room. En el panel buscamos la etiqueta correspondiente a nuestra roseta y enchufamos un RJ-45 con destino al puerto FastEthernet adecuado del PoE Switch.




171

Figura 3-8: Detalle de conexión del PoE Splitter con el PoE Switch

3.6.2.3. Conexión del PoE Switch con el Switch Central De uno de los puertos Gigabit Ethernet del PoE Switch sacamos un cable

1000Base-T Cat5e cruzado que conectaremos al puerto indicado en las tablas anteriores del Switch Central.

Figura 3-9: Detalle de conexión del PoE Switch con el Switch Central




172

3.7. Direccionamiento Aunque el direccionamiento viene impuesto por el cliente y no forma parte de

nuestra fase de diseño, vemos interesante explicar cómo está organizado para una mejor comprensión de la red.

La red de Birmingham City Council utiliza direcciones privadas de clase A, B y

C de la siguiente manera:

Direccionamiento de clase A: usa esta clase para hosts y servidores de datos. Partiendo de una dirección IP privada de clase A 10.0.0.0 hace una división en 16384 subredes de 1022 hosts cada una con máscara de 22 bits. Para Wheelers Lane Technology College se reserva la subred 10.122.60.0/22.

Subred Máscara Hosts Rango Broadcast Uso 10.0.0.0 255.255.252.0 1022 10.0.0.1 a 10.0.3.254 10.0.3.255 … 10.0.4.0 255.255.252.0 1022 10.0.4.1 a 10.0.7.254 10.0.7.255 … 10.0.8.0 255.255.252.0 1022 10.0.8.1 a 10.0.11.254 10.0.11.255 … 10.0.12.0 255.255.252.0 1022 10.0.12.1 a 10.0.15.254 10.0.16.255 … … … … … … … 10.122.60.0 255.255.252.0 1022 10.122.60.1 a 10.122.63.254 10.122.60.255 WLTC … … … … … … 10.255.248.0 255.255.252.0 1022 10.255.248.1 a 10.255.251.254 10.255.251.255 … 10.255.252.0 255.255.252.0 1022 10.255.252.1 a 10.255.255.254 10.255.255.255 …

A su vez, mediante el empleo de VLSM (división de subredes con máscara de longitud variable o subnetting) se divide la 10.122.60.0/22 en 4 subredes de máscara 24 de 254 hosts cada una. WLTC ha asignado la 10.122.62.0/24 para la WLAN.

Subred Máscara Hosts Rango Broadcast Uso 10.122.60.0 255.255.255.0 254 10.122.60.1 a 10.122.60.254 10.122.60.255 … 10.122.61.0 255.255.255.0 254 10.122.61.1 a 10.122.61.254 10.122.61.255 … 10.122.62.0 255.255.255.0 254 10.122.62.1 a 10.122.62.254 10.122.62.255 WLAN 10.122.63.0 255.255.255.0 254 10.122.63.1 a 10.122.63.254 10.122.63.255 …




173

La asignación de IPs a los puntos de acceso se hará estáticamente. Las direcciones de cada uno de ellos se muestra en la siguiente tabla:

La asignación de IPs a los usuarios asociados a cada punto de acceso se hará dinámicamente mediante DHCP, pero no serán los APs quienes lo hagan, sino un servidor habilitado para ello.

Direccionamiento de clase B: usa esta clase para hosts y servidores de voz. Partiendo de una dirección IP privada de clase B 172.16.0.0 hacemos una división en 512 subredes de 126 hosts cada una con máscara de 25 bits. Para Wheelers Lane Technology College se reservan las subredes 172.16.122.0/25 y 172.16.122.128/25..

Tabla 3-7: TABLA DE DIRECCIONES IP DE LOS PUNTOS DE ACCESO Dispositivo Planta Dirección MAC Dirección IP Máscara Canal

AP1 Baja 00184D9A55D8 10.122.62.101 255.255.255.0 1 AP2 Baja 001B2F472A1E 10.122.62.102 255.255.255.0 6 AP3 Baja 00184D9A57C2 10.122.62.103 255.255.255.0 11 AP4 Baja 00184D9A546C 10.122.62.104 255.255.255.0 6 AP5 Baja 00184D9A546A 10.122.62.105 255.255.255.0 1 AP6 Baja 00184D9A5482 10.122.62.106 255.255.255.0 11 AP7 Baja 00184D9A5764 10.122.62.107 255.255.255.0 1 AP8 Primera 00184D9A543E 10.122.62.108 255.255.255.0 11 AP9 Primera 00184D9A568E 10.122.62.109 255.255.255.0 1 AP10 Primera 00184D9A5432 10.122.62.110 255.255.255.0 6 AP11 Primera 00184D9A56E0 10.122.62.111 255.255.255.0 11 AP12 Primera 00184D9A5750 10.122.62.112 255.255.255.0 6 AP13 Primera 00184D9A5684 10.122.62.113 255.255.255.0 1 AP14 Segunda 001B2F472CB6 10.122.62.114 255.255.255.0 1 AP15 Segunda 001B2F472A28 10.122.62.115 255.255.255.0 6 AP16 Segunda 001B2F472B52 10.122.62.116 255.255.255.0 11 AP17 Segunda 001B2F472898 10.122.62.117 255.255.255.0 6 AP18 Segunda 001B2F472CBA 10.122.62.118 255.255.255.0 1 AP19 Segunda 001B2F472C1C 10.122.62.119 255.255.255.0 11




174

Subred Máscara Hosts Rango Broadcast Uso 172.16.0.0 255.255.255.128 126 172.16.0.1 a 172.16.0.126 172.16.0.127 … 172.16.0.128 255.255.255.128 126 172.16.0.129 a 172.16.0.254 172.16.0.255 … 172.16.1.0 255.255.255.128 126 172.16.1.1 a 172.16.1.126 172.16.1.127 … … … … … … … 172.16.122.0 255.255.255.128 126 172.16.122.1 a 172.16.122.126 172.16.122.127 WLTC 172.16.122.128 255.255.255.128 126 172.16.122.129 a 172.16.122.254 172.16.122.255 WLTC … … … … … … 172.16.255.128 255.255.255.128 126 172.16.255.129 a 172.16.55.254 172.16.255.255 …

Direccionamiento de clase C: usa esta clase de direccionamiento para las conexiones hacia la WAN. Partiendo de una dirección IP privada de clase C 192.168.0.0 hace una subdivisión en 2 hosts cada una con una máscara de 30 bits. Para la conexión WAN de Wheelers Lane Technology College se ha reservado la 192.168.0.160/30.

Subred Máscara Hosts Rango Broadcast Uso 192.168.0.0 255.255.255.252 2 192.168.0.1 a 192.168.0.2 192.168.0.3 … 192.168.0.4 255.255.255.252 2 192.168.0.5 a 192.168.0.6 192.168.0.7 … 192.168.0.8 255.255.255.252 2 192.168.0.9 a 192.168.0.10 192.168.0.11 … … … … … … … 192.168.0.160 255.255.255.252 2 192.168.0.161 a 192.168.0.162 192.168.0.163 WLTC … … … … … … 192.168.0.252 255.255.255.252 2 192.168.0.253 a 192.168.0.254 192.168.0.255 …




175

3.8. Seguridad

Se establecen los siguientes niveles de seguridad para la WLAN de WLTC:

Los mismos mecanismos de seguridad que el cliente tiene configurados en su VLAN de datos son aplicados a la WLAN.

La WLAN está protegida por el firewall de datos, ya que está integrada en su misma LAN.

SSID no oculto y proporcionado por el cliente: wltc.

Sin listas de control de acceso para el filtrado de direcciones MAC.

Protocolo de seguridad: WPA

Nivel Protocolo Descripción Autenticación PSK (Pre-Shared Key)

Modalidad de red doméstica Sin servidor de autenticación PSK de al menos 20 caracteres para evitar

posibles vulnerabilidades Encriptación

TKIP Totalmente independiente de la autenticación

Otras medidas de seguridad:

Medida Motivo Cambiar dirección IP por defecto de los APs.

Es fácil de averiguar consultando en cualquier manual del fabricante.

Debe adoptar el direccionamiento adecuado de la LAN del cliente.

Cambiar user y password por defecto de los APs.

Son fáciles de averiguar consultando cualquier manual del fabricante.

Sólo el administrador de la red estará autorizado a reconfigurar los puntos de acceso.




176

Sección 3: DISEÑO DE LA WLAN .................................................... 154 3.1. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................155 3.2. MODELO DE REFERENCIA ...........................................................................................156

3.2.1. CAPA FÍSICA .....................................................................................................................157 3.2.2. CAPA DE ENLACE ..............................................................................................................158

3.3. ARQUITECTURA LÓGICA .............................................................................................159 3.4. ARQUITECTURA FÍSICA................................................................................................161

3.4.1. DESCRIPCIÓN DE EQUIPAMIENTO .......................................................................................162 3.4.2. ETIQUETADO DEL EQUIPAMIENTO ......................................................................................163

3.5. LOCALIZACIÓN DE LOS EQUIPOS..............................................................................165 3.5.1. LOCALIZACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO ........................................................................165 3.5.2. LOCALIZACIÓN DEL RESTO DE EQUIPOS ..............................................................................167

3.6. CONEXIONES ...................................................................................................................168 3.6.1. TABLAS DE CONEXIONES ...................................................................................................168 3.6.2. DETALLES DE CONEXIONES ...............................................................................................169

3.6.2.1. Conexión del AP con el PoE Splitter........................................................................169 3.6.2.2. Conexión del PoE Splitter con el PoE Switch...........................................................170 3.6.2.3. Conexión del PoE Switch con el Switch Central.......................................................171

3.7. DIRECCIONAMIENTO ....................................................................................................172 3.8. SEGURIDAD......................................................................................................................175

FIGURA 3-1: MODELO DE REFERENCIA DE LA WLAN DE WLTC ..........................................................156 FIGURA 3-2: ARQUITECTURA LÓGICA DE RED DE LA WLAN DE WLTC, INTEGRADA EN LA LAN DE DATOS

.................................................................................................................................................159 FIGURA 3-3: INTEGRACIÓN LÓGICA DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS DE WLTC .............................160 FIGURA 3-4: ARQUITECTURA FÍSICA DE RED DE LA WLAN DE WLTC, INTEGRADA EN LA LAN DE DATOS

.................................................................................................................................................161 FIGURA 3-6: LOCALIZACIÓN DEL POE SWITCH EN LOS RACKS DE LA ICT SERVER ROOM.......................167 FIGURA 3-7: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SPLITTER CON AL AP NO COMPATIBLE CON POE ............170 FIGURA 3-8: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SPLITTER CON EL POE SWITCH ......................................171 FIGURA 3-9: DETALLE DE CONEXIÓN DEL POE SWITCH CON EL SWITCH CENTRAL ................................171

TABLA 3-1: LISTA DE EQUIPOS NECESARIOS.........................................................................................162 TABLA 3-2: TABLA DE ETIQUETADO DE LOS EQUIPOS .........................................................................163 TABLA 3-3: TABLA DE ASIGNACIÓN DE CANALES A LOS PUNTOS DE ACCESO .....................................166 TABLA 3-4: TABLA DE CONEXIONES DE LOS PUNTOS DE ACCESO .......................................................168 TABLA 3-5: TABLA DE CONEXIONES DEL PANEL DE CONEXIONES .......................................................169 TABLA 3-6: TABLA DE CONEXIONES DEL POE SWITCH ........................................................................169 TABLA 3-7: TABLA DE DIRECCIONES IP DE LOS PUNTOS DE ACCESO ...................................................173




176

4 Configuración, Instalación y Puesta en Marcha de la WLAN




177

4.1. Introducción

Esta sección se dedica a explicar el procedimiento de configuración, instalación y puesta en marcha de la WLAN de Wheelers Lane Technology College diseñada anteriormente. En ella analizamos las configuraciones aplicadas además de explicar los procesos de instalación y montaje de cada uno de los equipos que conforman nuestra WLAN.

Destacar que los equipos “implicados” son puntos de acceso, PoE splitters y

switch. Los adaptadores inalámbricos no forman parte de nuestro estudio porque no es responsabilidad de TCNS Limited ni suministrarlos, ni configurarlos, ni instalarlos. Asimismo tampoco son competencias de TCNS las pertinentes modificaciones de configuración en router y switch central para poder integrar perfectamente la WLAN dentro de la LAN de datos del cliente sin producirse conflicto de red alguno.




178

4.2. Configuración de los puntos de acceso En este apartado explicamos cómo configuramos los 19 puntos de acceso de la

WLAN de WLTC. Para ello hemos necesitado conectar un ordenador a cada uno de ellos, y proceder tal y como se explica a continuación.

4.2.1. Configuración de fábrica por defecto En primer lugar debemos saber los parámetros que trae configurados el punto

de acceso Netgear RangeMax WPN802 de fábrica. Para ello consultamos el manual de dicho dispositivo. A continuación adjuntamos los datos más importantes:

4.2.2. Conexión al punto de acceso Para la conexión al punto de acceso seguimos los siguientes pasos:

Parámetro Configuración por defecto User admin Password password Operating Mode Access Point Access Point Name netgearxxxxxx Built-in DHCP client DHCP disabled SIP Configuration IP Address: 192.168.0.231

Subnet Mask: 255.255.255.0 Default Gateway: 0.0.0.0

SSID NETGEAR Broadcast SSID Enabled Channel 6 Mode Auto 108 Security Disabled MAC Access List Disabled

Tabla 4-1: Parámetros de fábrica de Netgear RangeMax WPN802 Access Point




179

1. Modificamos los parámetros de configuración del protocolo TCP/IP de nuestra tarjeta de red. Configuramos una dirección IP estática dentro del rango de la subred por defecto del punto de acceso, por ejemplo:

Dirección IP: 192.168.0.210 Máscara: 255.255.255.0

2. Conectamos el cable Ethernet desde la tarjeta de red del ordenador hasta el puerto Ethernet del punto de acceso.

3. Encendemos el punto de acceso

4. Accedemos al punto de acceso abriendo nuestro navegador de Internet e

introduciendo http://192.168.0.231 (dirección IP por defecto del punto de acceso) en el campo de dirección.

5. Introducir user y password por defecto que nos da el fabricante.

6. Una vez introducidos ambos correctamente, se abrirá la página web general

de configuración del WPN802.

Figura 4-1: Aspecto de la página de configuración de los puntos de acceso




180

4.2.3. Configuración de parámetros básicos

1. En la página principal de configuración del punto de acceso, en el menú derecho, hacemos clic sobre el enlace Basic Settings

2. Configuramos lo siguiente:

a. Access Point Name: Nombre del punto de acceso. Rellenaremos este

campo según la columna “Etiqueta” en Tabla de etiquetado de equipos del apartado 3.5.2

b. DHCP client: Lo dejamos en Disabled ya que por deseo del cliente

los puntos de acceso tienen IP estáticas.

c. IP Address: Dirección IP del punto de acceso que estamos configurando. Rellenaremos este campo según la Tabla de direcciones IP del apartado 3.7.

d. IP Subnet Mask: Máscara del punto de acceso que estamos

configurando. Rellenaremos este campo según según la Tabla de direcciones IP de los puntos de acceso del apartado 3.7.

e. Default gateway: Será la dirección IP del router de la LAN. f. DNS Servers: Servidores DNS. La dirección del primario pertenece a

la de un servidor de la LAN de WLTC. La dirección del secundario pertenece a un servidor de la Red de Birmingham City Council.

g. Time Zone: GMT London

4.2.4. Configuración de los parámetros inalámbricos 1. Pinchamos sobre el enlace Wireless Settings del menú derecho.

2. Escogemos las siguientes opciones dentro de los siguientes campos:




181

a. Country/Region: Europe b. Wireless Network Name (SSID): wltc c. Broadcast Wireless Network Name: enabled

d. Operating Mode: 802.11g only

e. Channel/Frecuency: Canal en el que trabajará el punto de acceso,

según la Tabla de asignación de canales de la sección 3.5.1

f. Data rate: Best

g. Output Power: Full (100mW)

3. Pinchamos sobre el enlace Advanced Wireless Settings del menú derecho. 4. Introducimos los siguientes valores:

a. RTS Threshold: Es el tamaño de paquete máximo para usar MACA

(CSMA/CA con RTS/CTS) como protocolo de acceso al medio. Escogemos el máximo 2346.

b. Fragmentation Length: El tamaño de paquete máximo pre-

fragmentación. Paquetes más largos que este tamaño serán fragmentados. Su valor debe ser siempre mayor o igual que el RTS Threshold, por lo que será también 2346.

c. Beacon Interval: Intervalo de tiempo entre transmisión de tramas

Beacon. Dejamos el valor por defecto, 100ms.

d. DTIM Interval: Delivery Traffic Indication Message.

e. Preamble Type: La opción Long se refiere a un campo preámbulo de transmisión largo; la marcaríamos cuando queramos una alta fiabilidad. La opción Short se refiere a un campo preámbulo corto; la marcaríamos cuando prefiramos un mejor rendimiento. La opción




182

Auto maneja los dos tipos de preámbulos automáticamente según convenga. Dejamos esta opción.

f. Disable SuperG Mode: No.

g. Enable Extended Range Feature: Sí

4.2.5. Configuración de la seguridad 1. Pinchamos sobre el enlace Security WEP/WPA Settings del menú principal. 2. Seleccionamos los siguientes parámetros

a. Network Authentication: WPA-PSK b. Encryption: TKIP

3. Introducimos la clave o Pre-Shared Key: a. Passphrase: a1234b4567aabbabcd09781234

4. El cliente no quiere ni filtrado de direcciones MAC, ni tampoco usa un

servidor RADIUS para la autenticación, por lo que las pestañas de Access Control y Radius Server Settings no las tocaremos.

5. Aplicamos otras medidas de seguridad como las del cambio de user y

password por defecto de acceso al punto de acceso.




183

4.3. Instalación de los puntos de acceso Instalamos los puntos de acceso en el interior del falso techo de los lugares

señalados en los planos nº 9, 10 y 11 de la sección de 7.- Planos. En vez de dejarlo descansar sobre el falso techo, hemos fijado el punto de

acceso a las canalizaciones de cables que nos encontramos en el interior de éste. Para ello, hemos aprovechado los orificios que dispone el dispositivo en sus bordes e introducido abrazaderas de plástico que puedan asegurar la unión de éste con la estructura. Resaltar, se ha instalado bocabajo de tal manera que las antenas apunten al suelo, y no muy lejos de la roseta de conexión más cercana en el exterior.

Los materiales y herramientas que hemos necesitado para esta operación han

sido abrazaderas, escaleras y alicates. El proceso viene descrito en la siguiente secuencia de fotografías:

Figura 4-2: Detalle del punto de acceso Netgear RangeMax WPN082




184

Figura 4-3: Detalle de las abrazaderas

Figura 4-4: Detalle de los orificios de los bordes del punto de acceso

Figura 4-5: Detalle de la instalación de las abrazaderas en los orificios del punto de acceso




185

Figura 4-6: Detalle de la fijación de los puntos de acceso a la estructura del interior del falso techo




186

4.4. Instalación del los splitters PoE Los splitters PoE han sido instalados también en el interior del falso techo junto

a su correspondiente punto de acceso. Al igual que con éste, hemos utilizado abrazaderas para fijarlos a la estructura de canalizaciones de cables del interior.

Además de las herramientas anteriores hemos necesitado una lima redonda

para hacer un agujero al panel del techo y así pasar el cable que se conecta a la roseta de conexión. Para el conexionado hemos seguido las pautas marcadas en el apartado 3.6 Conexiones.

Las siguientes imágenes describen el proceso de instalación de éstos.

Figura 4-7: Detalle de la fijación de los splitters a la estructura del interior del falso techo




187

Figura 4-8: Detalle del conexionado del PoE Splitter con la roseta de conexión




188

4.5. Instalación del switch PoE

Instalamos el switch en los armarios de cableado o racks de la habitación “ICT Server Room” del edificio. Estos armarios están descritos en 3.5.2 Localización del resto de equipos de la sección anterior. En el proceso hemos seguido los siguientes pasos:

1. Alinear uno de los anclajes con los agujeros de un lado del swicth y lo

fijamos con los tornillos. 2. Hacer lo mismo con el otro anclaje.

Figura 4-9: Detalle de la fijación de los anclajes al switch

3. Colocar apropiadamente el switch en el rack alineando apropiadamente los

agujeros de los anclajes con los agujeros del rack. 4. Fijar el switch al rack con los tornillos de fijación.




189

Figura 4-10: Detalle de la fijación del switch al rack

Para esta operación hemos necesitado los anclajes y tornillos que se incluyen

con el switch, y un destornillador apropiado. Para el conexionado del equipo se ha procedido de la misma forma que

describimos en 3.6. Conexiones.




190

Sección 4: CONFIGURACIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA WLAN ................................................................... 176 4.1. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................177 4.2. CONFIGURACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO......................................................178

4.2.1. CONFIGURACIÓN DE FÁBRICA POR DEFECTO .......................................................................178 4.2.2. CONEXIÓN AL PUNTO DE ACCESO .......................................................................................178 4.2.3. CONFIGURACIÓN DE PARÁMETROS BÁSICOS .......................................................................180 4.2.4. CONFIGURACIÓN DE LOS PARÁMETROS INALÁMBRICOS ......................................................180 4.2.5. CONFIGURACIÓN DE LA SEGURIDAD ...................................................................................182

4.3. INSTALACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO............................................................183 4.4. INSTALACIÓN DEL LOS SPLITTERS POE ..................................................................186 4.5. INSTALACIÓN DEL SWITCH POE................................................................................188 TABLA 4-1: PARÁMETROS DE FÁBRICA DE NETGEAR RANGEMAX WPN802 ACCESS POINT ...................178 FIGURA 4-1: ASPECTO DE LA PÁGINA DE CONFIGURACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO ..........................179 FIGURA 4-2: DETALLE DEL PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN082 ...................................183 FIGURA 4-3: DETALLE DE LAS ABRAZADERAS......................................................................................184 FIGURA 4-4: DETALLE DE LOS ORIFICIOS DE LOS BORDES DEL PUNTO DE ACCESO ..................................184 FIGURA 4-5: DETALLE DE LA INSTALACIÓN DE LAS ABRAZADERAS EN LOS ORIFICIOS DEL PUNTO DE

ACCESO .....................................................................................................................................184 FIGURA 4-6: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS PUNTOS DE ACCESO A LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DEL

FALSO TECHO .............................................................................................................................185 FIGURA 4-7: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS SPLITTERS A LA ESTRUCTURA DEL INTERIOR DEL FALSO

TECHO .......................................................................................................................................186 FIGURA 4-8: DETALLE DEL CONEXIONADO DEL POE SPLITTER CON LA ROSETA DE CONEXIÓN ...............187 FIGURA 4-9: DETALLE DE LA FIJACIÓN DE LOS ANCLAJES AL SWITCH ....................................................188 FIGURA 4-10: DETALLE DE LA FIJACIÓN DEL SWITCH AL RACK .............................................................189




190

5 Pruebas de Verificación




191

5.1. Introducción

Esta sección se dedica a explicar las pruebas de verificación aplicadas a la red inalámbrica para comprobar su correcto funcionamiento así como del satisfactorio cumplimiento de todos los requerimientos impuestos por nuestro cliente.

Los tests realizados han sido orientados a la certificación de los siguientes

aspectos de la WLAN:

Alimentación y conexiones de los equipos.

Autenticación y asociación de usuarios.

Integración en la LAN de datos.

Roaming entre células.

Conectividad

Cobertura.

Pasamos a explicarlos a continuación.




192

5.2. Alimentación y conexiones de los equipos

Tabla 5-1: PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES Objetivo

Realizar las pruebas pertinentes para certificar que todos los equipos están adecuadamente alimentados, están encendidos y están funcionando correctamente. - Verificar el estado de las luces de los equipos. Descripción

de las pruebas - Verificar las conexiones de sus cables.

Comprobamos que todas las conexiones de cables y equipos son correctas Estado de las luces de los APs

APs de la primera y segunda planta [AP8, AP19] Luz Estado Conclusiones

Verde On

Verde Parpadeando

Conectado a una red Ethernet Transmitiendo

Verde On

APs de la planta baja [AP1, AP7]

Luz Estado Conclusiones

Apagada Off

Apagada Sin conexión a una red Ethernet

Sin transmisión

Apagada Off

Resultados obtenidos

Estado de las luces de los PoE Splitters

PoE Splitters de la primera y segunda planta [PoE-Split-8, PoE-Split-19]

Luz Estado Conclusiones Power Verde On

PoE Splitters de la planta baja [PoE-Split-1, PoE-Split-7] Luz Estado Conclusiones

Power Apagada Off




193

Estado de las luces del PoE Switch

Luces generales Luz Estado Conclusiones

PWR Verde On SYS Verde On ALM Apagada Funcionamiento correctamente

Puertos Ethernet primera y segunda planta [8-19]

Luz Estado Conclusiones LNK/ACT Ámbar

Parpadeando Puerto levantado Transmitiendo

POE Ámbar Alimentación suministrada al puerto 100/1000 Verde Uplink a 1Gbps levantado

ACT Verde Parpadeando


Puertos Ethernet planta baja [1-7]

Luz Estado Conclusiones LNK/ACT Apagado Puerto no levantado

POE Apagado Alimentación no suministrada al puerto ACT Apagado Sin conexión a una red Ethernet

Sin transmisión

Incidencia En la planta baja no hay cobertura de la WLAN ya que sus APs no están funcionando.

Los APs de la planta baja no están siendo alimentados

Los PoE Splitters no están recibiendo alimentación

Síntomas

Los puertos Ethernet del switch correspondientes a los APs de la planta baja no están recibiendo alimentación del módulo PoE del switch. 1. Los puertos del switch correspondientes a la planta baja no están levantados es descartado cuando entramos en la configuración del switch y vemos que efectivamente tiene todos sus puertos levantados.

Diagnósticos

2. El switch no puede alimentar a más de 12 PDs (Powered Devices) simultáneamente confirmamos el diagnóstico consultando al soporte técnico del fabricante y estudiando las especificaciones del producto:

switchPDsPDWatiosswitchWatios /12/4,15

/185




194

Instalar un segundo PoE Switch y así aumentar la capacidad de alimentación PoE hasta 24 APs simultáneamente.

Solución propuesta

Repartir las conexiones de los APs entre los dos PoE Switches para repartir el consumo de potencia entre ambos Comunicación de la incidencia al cliente y propuesta de la solución

Aprobación del cliente

Modificaciones pertinentes del diseño

Acopio del material necesario

Configuración, instalación y puesta en marcha

Actuaciones

Verificación de la resolución de la avería

Comunicación de la incidencia, propuesta de la solución y aprobación del cliente

Comunicamos al cliente la incidencia surgida y le planteamos la solución que TCNS cree más adecuada para resolverla. Tras un estudio del presupuesto presentado, el cliente la aprueba, por lo que pasamos a ejecutarla.

Modificaciones del diseño

Arquitectura lógica: añadimos un nuevo PoE Switch en paralelo al ya existente, también en estrella con el switch central. La nueva arquitectura lógica se muestra al detalle en el siguiente esquema:




195

Figura 5-1: Modificación de la arquitectura lógica de la red

Arquitectura física: ahora tenemos dos PoE Switches en vez de uno, ambos directamente conectados al switch central. La nueva arquitectura física se muestra al detalle en el siguiente esquema:




196

Figura 5-2: Modificación de la arquitectura física de la red

Nuevo equipamiento:

Equipo Descripción Unidades ZyXEL ES-2024PWR

Power-over-Ethernet (PoE) Switch de 24 puertos FastEthernet y 2 puertos Gigabit Ethernet.

2

Cable 1000Base-T UTP Cat5e cruzado

Cables de conexión entre PoE switch y switch central de LAN.

2

Etiquetado:

Dispositivo Planta Dirección MAC Número de serie Etiqueta Etiqueta TCNS

PoE Switch 1 Primera - 65-020-102417G PoE-SW-1 005617

PoE Switch 2 Primera - 65-021-232539N PoE-SW-2 005618




197

Localización de los puntos de acceso: El nuevo PoE Switch se situarán en la ICT Server Room de la primera planta, enrackado junto con el otro PoE Switch en el armario de los equipos.

Figura 5-3: Localización de los PoE Switches en los racks de la ICT Server Room




198

Conexiones: se ven modificadas las siguientes tablas.

NUEVAS CONEXIONES DEL PATCH PANEL Origen Puerto Destino Puerto Medio Velocidad PP-1 0-136 PoE-SW-1 1 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-137 PoE-SW-2 2 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-138 PoE-SW-1 3 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-141 PoE-SW-2 4 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-140 PoE-SW-1 5 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-142 PoE-SW-2 6 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 0-143 PoE-SW-1 7 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-198 PoE-SW-2 8 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-202 PoE-SW-1 9 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-201 PoE-SW-2 10 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-197 PoE-SW-1 11 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-200 PoE-SW-2 12 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 1-196 PoE-SW-1 13 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-212 PoE-SW-2 14 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-213 PoE-SW-1 15 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-210 PoE-SW-2 16 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-214 PoE-SW-1 17 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-211 PoE-SW-2 18 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps PP-1 2-215 PoE-SW-1 19 100Base-TX UTP Cat5 100Mbps

NUEVAS CONEXIONES DEL PoE SWITCH Origen Puerto Destino Puerto Medio Velocidad PoE-SW-1 25 C-SW-1 10 1000Base-T UTP Cat5e 1000Mbps PoE-SW-2 25 C-SW-1 11 1000Base-T UTP Cat5e 1000Mbps




199

Detalle de conexiones del PoE Switch con el Switch Central: Conectamos ambos switches a los puertos 10 y 11 del switch central respectivamente, mediante cables cruzados 1000Base-T UTP Cat5 con conectores RJ45, tal y como ilustra el siguiente esquema

Figura 5-4: Detalle de conexión de los PoE Switches con el Switch Central

Acopio, configuración, e instalación del segundo PoE Switch Después de estas modificaciones en el diseño, contactamos con el proveedor

para obtener el segundo PoE Switch. Una vez suministrado procedemos a instalarlo. Procedemos de la misma manera que lo hicimos con el primero, tal y como describimos en la sección 4 de este proyecto técnico.

Puesta en marcha y verificación de la resolución del problema Posteriormente a la instalación, volvemos a poner de nuevo en funcionamiento

nuestra WLAN. Repetimos todas las mismas pruebas descritas anteriormente y certificamos que efectivamente hemos resuelto la incidencia, y concluimos que la red está bien alimentada y conexionada.




200

Tabla 5-2: NUEVAS PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES

Comprobamos que todas las conexiones de cables y equipos son correctas

Estado de las luces de los APs

APs de la primera, segunda y planta baja [AP1, AP19] Luz Estado Conclusiones

Verde On

Verde Parpadeando


Verde On

Estado de las luces de los PoE Splitters

PoE Splitters de la primera, segunda y planta baja [PoE-Split-1, PoE-Split-19]

Luz Estado Conclusiones Power Verde On

Resultados obtenidos en las nuevas pruebas

Estado de las luces del PoE Switch

Luces generales Luz Estado Conclusiones

PWR Verde On SYS Verde On ALM Apagada Funcionamiento correctamente

Puertos Ethernet primera y segunda planta [1-19]

Luz Estado Conclusiones LNK/ACT Ámbar

Parpadeando Puerto levantado Transmitiendo

POE Ámbar Alimentación suministrada al puerto 100/1000 Verde Uplink a 1Gbps levantado

ACT Verde Parpadeando


Conclusiones Incidencia resuelta. Los equipos están bien conexionados y alimentados




201

5.3. Autenticación y asociación

Tabla 5-3: PRUEBAS DE AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN Objetivo de las pruebas

Realizar las pruebas pertinentes para certificar que podemos asociarnos a todos y cada uno de los puntos de acceso, y que durante el proceso se cumplen los mecanismos de seguridad y autenticación requeridos. - Verificar que nos podemos asociar a todos y cada uno de los APs que conforman la WLAN.

Descripción de las pruebas

- Verificar que el proceso de autenticación se cumple tal y como se especifica en el estándar


Comprobamos que podemos asociarnos a todos y cada uno de los 19 puntos de acceso. Como prueba de ello adjuntamos la lista de todos los APs a los que nos asociamos durante el estudio de cobertura, que el programa Visit Wave Site Survey detectó cuando estuvimos andando por el edificio. Podemos ver que todas las MAC incluidas en la tabla de puntos de acceso de nuestra WLAN están en la tabla aportada por el programa.

AP MAC Canal SSID AP1 00:18:4d:9a:55:d8 1 wltc

AP2 00:1b:2f:47:2a:1e 6 wltc AP3 00:18:4d:9a:57:c2 11 wltc AP4 00:18:4d:9a:54:6c 6 wltc AP5 00:18:4d:9a:54:6a 1 wltc AP6 00:18:4d:9a:54:82 11 wltc AP7 00:18:4d:9a:57:64 1 wltc AP8 00:18:4d:9a:54:3e 11 wltc AP9 00:18:4d:9a:56:8e 1 wltc AP10 00:18:4d:9a:54:32 6 wltc AP11 00:18:4d:9a:56:e0 11 wltc AP12 00:18:4d:9a:57:50 6 wltc AP13 00:18:4d:9a:56:84 1 wltc AP14 00:1b:2f:47:2c:b6 1 wltc AP15 00:1b:2f:47:2a:28 6 wltc AP16 00:1b:2f:47:2b:52 11 wltc AP17 00:1b:2f:47:28:98 6 wltc AP18 00:1b:2f:47:2c:ba 1 wltc AP19 00:1b:2f:47:2c:1c 11 wltc




202

Comprobamos que la red está protegida con los métodos de seguridad adecuados.

Comprobamos que el proceso de autenticación del usuario con el punto de acceso es correcto y que reconoce adecuadamente la PSK configurada.

Conclusiones

No hay incidencia alguna. Certificamos que podemos asociarnos sin ningún problema a cada uno de los APs, y que el proceso de autenticación se realiza con normalidad.




203

5.4. Integración en la LAN de datos

Tabla 5-4: PRUEBAS DE INTEGRACIÓN DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS Objetivo de las pruebas

Realizar las pruebas pertinentes para certificar que la WLAN de WLTC forma parte de su LAN de datos.

- Hacer ping desde el router de la LAN de datos hasta cada uno de los puntos de acceso de nuestra WLAN.

Descripción de las pruebas - Hacer ping desde un equipo cualquiera de la LAN de datos hasta un

equipo asociado a un punto de acceso cualquiera de la WLAN.

Pings desde el router a cada uno de los APs, es decir, ping a todas las direcciones desde la 10.122.62.101 hasta la 10.122.62.119. C:\>ping 10.122.62.111

Haciendo ping a 10.122.62.111 con 32 bytes de datos: Respuesta desde 10.122.62.111: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.62.111: bytes=32 tiempo=4ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.62.111: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.62.111: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Estadísticas de ping para 10.122.62.111: Paquetes: enviados = 4, recibidos = 4, perdidos = 0

(0% perdidos), Tiempos aproximados de ida y vuelta en milisegundos: Mínimo = 1ms, Máximo = 4ms, Media = 1ms

Los pings al resto de direcciones presentan resultados con el mismo éxito.


Ping desde un equipo de la LAN de datos hasta un equipo de la WLAN. Por ejemplo, desde un equipo con dirección 10.122.61.141 a un portátil asociado al AP 19 que tiene la dirección 10.122.62.135

C:\>ping 10.122.62.135 Haciendo ping a 10.122.62.135 con 32 bytes de datos: Respuesta desde 10.122.62.135: bytes=32 tiempo=10ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.62.135: bytes=32 tiempo=9ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.62.135: bytes=32 tiempo=10ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.62.135: bytes=32 tiempo=10ms TTL=255 Estadísticas de ping para 10.122.62.135: Paquetes: enviados = 4, recibidos = 4, perdidos = 0


Conclusiones

Certificamos que la WLAN está perfectamente integrada en la LAN de datos del cliente, ya que desde el router hay conectividad con todos los APs, y un usuario de la LAN de datos puede establecer comunicación con un usuario de la WLAN.




204

5.5. Roaming o itinerancia entre células

Tabla 5-5: PRUEBAS DE ROAMING Objetivo de las pruebas

Realizar las pruebas pertinentes para certificar que se produce roaming entre células cuando nos movemos de una a otra.


Asociarnos a un punto de acceso de la WLAN y hacer un ping continuo desde nuestro portátil al router de la LAN mientras nos movemos aleatoriamente por las distintas dependencias del edificio. Es conveniente aumentar el parámetro timeout (tiempo de espera) para que cuando el paquete ICMP sufra un retraso excesivo no sea descartado e interpretado como una pérdida de paquetes.


Ping continuo desde nuestro equipo al router con un timeout de 10s.

C:\>ping 10.122.60.50 –t –w 10000 Haciendo ping a 10.122.60.50 con 32 bytes de datos: Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=18ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=2ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=2ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=2ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=12ms TTL=255 Tiempo de espera agotado para esta solicitud. Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=24ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=9ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=8ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=10ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=900ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=2ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=2ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=10ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=35ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=49ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=78ms TTL=255 Respuesta desde 10.122.60.50: bytes=32 tiempo=1113ms TTL=255

...

1

2

3

4

5




205

Este ping fue ejecutado mientras anduvimos por todo el edificio, comprobando que nos reasociábamos con cada uno de los 19 puntos de acceso que forman la WLAN. Los resultados de las pruebas son similares por lo que sólo incorporamos un extracto significativo de éstos.

1. El usuario recibe respuesta del router mientras está asociado a un AP.

2. Pérdida ocasional de paquetes. No es significativo si no es reiterativo.

3. El usuario detecta un AP con señal más fuerte que al que está asociado. Decide reasociarse al nuevo AP, pero este proceso de autenticación y asociación tarda su tiempo, por lo que notamos un retraso grande, del orden de los segundos. Si no hubiésemos aumentado el timeout, este paquete hubiese sido descartado y se hubiese interpretado como perdido

4. El usuario empieza a recibir una señal más débil que hace que disminuya la velocidad de transmisión, y aumente por tanto el tiempo de ida y vuelta (RTT o Round Trip Time).

Interpretación de los resultados

5. El usuario detecta un nuevo AP cuya señal es más potente que la que está recibiendo, y decide reasociarse o cambiar de célula. Al igual que antes, el proceso completo dura aproximadamente del orden de 1s.

Conclusiones

Certificamos que el roaming entre células se realiza correctamente y de manera transparente al usuario. Podemos andar por el edificio sin perder la conexión, aunque con un retraso significativo cuando se produce la reasociación a la nueva célula.




206

5.6. Conectividad

Tabla 5-6: PRUEBAS DE CONECTIVIDAD Objetivo de las pruebas

Realizar las pruebas pertinentes para certificar que hay conectividad usuario a usuario y usuario a aplicación, además de acceso a Internet.

- Hacer ping desde un equipo de la WLAN a la dirección IP de la puerta de enlace predeterminada.

- Hacer ping desde un equipo de la WLAN a la dirección IP del servidor de aplicaciones de la LAN de WLTC para comprobar la conectividad usuario a aplicación. - Hacer ping desde un equipo de la WLAN a la dirección IP pública de una página web conocida para comprobar el acceso a Internet.

- Hacer ping desde un equipo de la WLAN a un equipo de la LAN de datos de WLTC para comprobar la conectividad usuario WLAN a usuario LAN.


- Hacer ping desde un equipo de la WLAN a otro equipo de la WLAN para comprobar la conectividad entre usuarios de la WLAN.

- Intentar visitar varias páginas webs desde distintos emplazamientos del edificio

Ping desde un equipo de la WLAN a la puerta de enlace predeterminada.




Ping desde un equipo de la WLAN al servidor de aplicaciones.






207

Ping desde un equipo de la WLAN a una página web.

C:\>ping www.google.com Haciendo ping a www.l.google.com [216.239.59.99] con 32 bytes

de datos: Respuesta desde 216.239.59.99: bytes=32 tiempo=81ms TTL=242 Respuesta desde 216.239.59.99: bytes=32 tiempo=87ms TTL=241 Respuesta desde 216.239.59.99: bytes=32 tiempo=82ms TTL=240 Respuesta desde 216.239.59.99: bytes=32 tiempo=90ms TTL=241 Estadísticas de ping para 216.239.59.99: Paquetes: enviados = 4, recibidos = 4, perdidos = 0 (0% perdidos), Tiempos aproximados de ida y vuelta en milisegundos: Mínimo = 81ms, Máximo = 90ms, Media = 85ms

Ping desde un equipo de la WLAN a otro equipo de la LAN.



Ping desde un equipo de la WLAN a otro equipo de la WLAN.



Podemos conectarnos a Internet y visitar varias páginas webs desde los distintos emplazamientos del edificio.

Conclusiones

Vistos los resultados obtenidos certificamos que hay conectividad con el router, usuario a usuario (sea de la WLAN o de la LAN cableada), usuario a aplicación, y acceso a Internet.




208

5.7. Cobertura

Tabla 5-7: PRUEBAS DE COBERTURA Objetivo de las pruebas

Realizar las pruebas pertinentes para certificar que se cumplen los requisitos de cobertura impuestos por el cliente: cobertura de calidad en la totalidad del edificio.


Hacer un estudio de cobertura completo del edificio en cuestión mediante el uso de dos programas especialmente dedicados para ello:

1) Visit Wave Site Survey para la toma de medidas. 2) Visit Wave Site Report para la obtención de resultados y la

generación de informes. Para mayor facilidad haremos un análisis detallado para cada una de las plantas


Dada su importancia y extensión, dedicamos al completo la siguiente sección 6.- Estudio final de cobertura al análisis en profundidad de este aspecto. Cabe destacar que los resultados obtenidos son aproximados, ya que dependen de diversos factores ajenos a nosotros. Además el programa utilizado es una versión demo de 30 días que no reúne todas las funcionalidades que ofrece el software, por lo que hará menos exactos los valores resultantes.

Conclusiones Las incluimos también en la siguiente sección




209

Sección 5: PRUEBAS DE VERIFICACIÓN ...................................... 190 5.1. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................191 5.2. ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES DE LOS EQUIPOS ...............................................192 5.3. AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN...............................................................................201 5.4. INTEGRACIÓN EN LA LAN DE DATOS........................................................................203 5.5. ROAMING O ITINERANCIA ENTRE CÉLULAS..........................................................204 5.6. CONECTIVIDAD...............................................................................................................206 5.7. COBERTURA.....................................................................................................................208

FIGURA 5-1: MODIFICACIÓN DE LA ARQUITECTURA LÓGICA DE LA RED.................................................195 FIGURA 5-2: MODIFICACIÓN DE LA ARQUITECTURA FÍSICA DE LA RED ..................................................196 FIGURA 5-3: LOCALIZACIÓN DE LOS POE SWITCHES EN LOS RACKS DE LA ICT SERVER ROOM ..............197 FIGURA 5-4: DETALLE DE CONEXIÓN DE LOS POE SWITCHES CON EL SWITCH CENTRAL ........................199 TABLA 5-1: PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES....................................................................192 TABLA 5-2: NUEVAS PRUEBAS DE ALIMENTACIÓN Y CONEXIONES ......................................................200 TABLA 5-3: PRUEBAS DE AUTENTICACIÓN Y ASOCIACIÓN...................................................................201 TABLA 5-4: PRUEBAS DE INTEGRACIÓN DE LA WLAN EN LA LAN DE DATOS .......................................203 TABLA 5-5: PRUEBAS DE ROAMING ....................................................................................................204 TABLA 5-6: PRUEBAS DE CONECTIVIDAD ............................................................................................206 TABLA 5-7: PRUEBAS DE COBERTURA.................................................................................................208




209

6 Estudio de Cobertura




210

6.1. Introducción Esta sección está dedicada al estudio exhaustivo de los parámetros de cobertura

de nuestra WLAN, con el fin de comprobar si se cumplen los requisitos impuestos al respecto, y para evaluar de manera aproximada cuál es el grado de calidad de ésta en la totalidad del edificio.

Cada planta ha sido tratada por separado, y en cada una de ellas hemos

analizado pormenorizadamente el nivel de señal, el nivel de ruido y la relación SNR presentes. Además hemos aproximado la cobertura de cada uno de sus puntos de acceso, así como la de todos aquellos instalados en el resto de pisos. Concluimos cada apartado interpretando los resultados obtenidos.

6.1.1. Hardware y software empleado en el estudio Para la elaboración del estudio de cobertura hemos necesitado los siguientes

equipos:

Ordenador portátil con una batería de buena autonomía totalmente cargada.

Tarjeta adaptadora inalámbrica 802.11b/g, ya instalada en nuestro ordenador portátil, modelo Intel Pro Wireless 2200BG Network Connection.

Además manejamos las siguientes aplicaciones informáticas:

Intel PROSet/Wireless Software v9.0.0.1: aplicación de Intel especialmente adecuada para nuestra tarjeta inalámbrica, que nos permite entre otras tantas, disponer de las siguientes funcionalidades:

Conocer ampliamente parámetros que describen el estado de la conexión como la red a la que estamos conectada, el punto de acceso asociado, la velocidad de transferencia, la calidad de la señal, la potencia recibida u otras estadísticas avanzadas.




211

Explorar redes inalámbricas disponibles y gestionar perfiles de conexión.

Configurar opciones del adaptador inalámbrico y resolver problemas de conexión.

Figura 6-1: Aspecto de la aplicación Intel PROSet/Wireless en ejecución

Visit Wave Site Survey: Herramienta para el análisis aproximado de la

cobertura disponible en un emplazamiento concreto, a partir de un avanzado proceso de recogida de datos más una monitorización de éste. Esta herramienta nos permite hacer tanto medidas continuas como medidas puntuales a lo largo de la zona estudiada, y para su recolección emplea, o bien una unidad de navegación similar a un GPS, o bien el propio adaptador WiFi de nuestro equipo. Debido a que no disponíamos del programa completo y que solamente pudimos emplear una versión demo




212

de 30 días, no fue posible disponer de la unidad de navegación, más exacta que nuestro adaptador empleado.

Figura 6-2: Aspecto de la aplicación Visit Wave Site Survey en ejecución

Visit Wave Site Report. Herramienta para la obtención de informes de cobertura detallados a partir del archivo de datos recogidos generado por el programa anterior. Permite visualizar rápidamente los datos recogidos en el proceso de medidas en forma de tablas, superficies de contorno 3D, mapas de cobertura 2D y otras posibles gráficas, además de otros datos. Toda esta información es usada principalmente para monitorizar la cobertura de nuestra red inalámbrica, identificar problemas de conectividad o analizar el nivel de señal y calidad de la misma. El programa muestra esta información en forma de informes los cuales podemos personalizar a nuestro gusto.




213

Figura 6-3: Aspecto de Visit Wave Site Report en ejecución

6.1.2. Proceso de medidas Para el proceso de medidas cursamos los siguientes pasos: 1. Configurar los parámetros básicos para el proceso de medidas:

a. Insertar plano de la planta en formato .bmp o .cad b. Indicar la escala del plano y la unidad de medida utilizada. c. Insertar frecuencia de escaneo. d. Especificar tarjeta adaptadora inalámbrica.

2. Indicar en el plano el lugar sobre el que estamos situados en el edificio 3. Comenzar el proceso de medidas.




214

Hay dos formas de capturar datos:

Modo de captura continuo: el software irá captando medidas consecutivamente, mientras caminamos lentamente en línea recta y a ritmo constante por el edificio. Cuando queramos cambiar de dirección, pinchamos en el lugar de la pantalla correspondiente al sitio donde nos encontremos para indicarle al programa el fin de segmento recto que hemos recorrido. La aplicación entonces repartirá el flujo de datos recolectados a lo largo de la línea entre el primer clic y el último clic. La aplicación parará de recoger datos cuando pulsemos stop, teniendo en cuenta que no se salvan los datos desde el último clic realizado.

Figura 6-4: Proceso de recolección de datos

Modo de captura punto a punto: el software sólo realiza una medida cuando iniciamos el proceso. Es indicado para áreas pequeñas o de difícil acceso.

Recorremos la mayor área posible de la planta tomando medidas, caminando

lentamente en línea recta y a un ritmo pausado pero constante. Se puede interrumpir el proceso de captura de datos y volverlo a iniciar cuando queramos. Conforme caminamos, el programa dibuja en la pantalla una línea o rastro de color tal al mostrado en la Figura 6-2: Aspecto de la aplicación Visit Wave Site Survey en ejecución. El color indica el nivel de señal recibido.




215

6.2. Planta Baja

6.2.1. Información general

Título del Estudio Estudio Final de Cobertura de la WLAN de WLTC

Datos de Cliente Cliente: Wheelers Lane Technology College

Dirección: Wheelers Lane, Kings Heath, B13 0SF, Birmingham (UK) Planta: Planta Baja

Contacto: Ian Pemberton Autor del Estudio

Empresa: TCNS Limited Dirección: The iBIC, Jennens Road, Aston Science Park, B74EJ, Birmingham (UK) Ingeniero: José Javier Anguís Horno

Fecha del Estudio Lunes 11 de Junio del 2007, 16:31:00

Estadísticas Área Total: 2956 m2

Longitud: 760 m Nº de pasos: 2513

Longitud zancada: 0,3 m Nº de medidas: 2678 Medidas/Paso: 1,1

Puntos de acceso

Etiqueta Coordenadas MAC Canal AP7 (42, 0) 00:18:4d:9a:57:64 1 AP6 (27, 0) 00:18:4d:9a:54:82 11 AP5 (-2, 0) 00:18:4d:9a:54:6a 1 AP4 (16, 0) 00:18:4d:9a:54:6c 6 AP3 (-14, -4) 00:18:4d:9a:57:c2 11 AP2 (-20, -6) 00:1b:2f:47:2a:1e 6 AP1 (-30, -15) 00:18:4d:9a:55:d8 1




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6.2.2. Nivel de señal, nivel de ruido y SNR

Tabla 6-1: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA BAJA ↓ Y X → -45 - -40m -35m -30m -25m -20m -15m -10m -5m 0- 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 -

-40m -35m -30m -25m -20m -15m -10m -5m 0m 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 40m 45m 50m 20 - SNR - - 17,9 29,7 13 17 - - - - - - - - - - - - - 15m Nivel de Señal - - -72,1 -70,3 -50,3 -58,1 - - - - - - - - - - - - - 15 - SNR - - 23,9 18,1 18,6 21,2 - - - - - - - - - - - - - 10m Nivel de Señal - - -75,1 -71,9 -59,5 -47,1 - - - - - - - - - - - - - 10 - SNR - 32,3 30,2 31,3 34,2 29 29,2 24,8 19,2 17,5 12 20,5 14,2 13 9,7 4,3 37,1 32 - 5m Nivel de Señal - -67,7 -69,8 -68,7 -65,8 -71 -70,8 -68,2 -58,8 -70 47 -52,5 -70,8 -67 -70,3 -75,7 -63 -68 - 5 - SNR - 23,3 29,6 43 46,9 13,9 17,7 20,2 32,9 21,8 14,5 23 16,2 14,9 15,1 34,8 32 35 36,1 0m Nivel de Señal - -66,7 -60,4 -57 -53,1 -46,1 -42,3 -59,8 -67,1 -68 -66 -67 -43,8 -65,1 -70,9 -65,2 -68 -59 -64 0 - SNR 45,5 38,1 47,6 46,7 60,6 51,5 30,5 30,7 30,9 42,1 40 61,1 39 38,3 53 52,2 46,6 47,3 40,2

-5m Nivel de Señal -54,5 -61,9 -53,9 -53,3 -39,4 -48,5 -69,5 -69,3 -69,1 -58 -60 -38,9 -61 -61,7 -47 -47,8 -53 -53 -60 -5 - SNR 46,2 47,9 47,6 55,1 60,5 47,6 42,3 50,8 44,5 42,1 30,5 34,7 33,9 30,7 18 40,5 51,2 57,5 37,3

-10m Nivel de Señal -53,8 -52,9 -52,4 -44,9 -39,5 -52,4 -57,7 -59,3 -65,5 -70 -70 -65,3 -66,1 -69,3 -72 -59,5 -49 -43 -63 -10 - SNR 48,3 52,2 58,5 55,1 52,2 31,5 29,6 19,2 24,5 19 27,8 27,9 24,1 25,4 14,8 27,9 33,9 32,1 28 -15m Nivel de Señal -51,7 -46,9 -41,5 -44,9 -47,8 -68,5 -70,4 -70,8 -71,5 -71 -70 -69,4 -68,9 -72,1 -73,9 -70,1 -66 -68 -72 -15 - SNR 54,3 56 60,8 42,9 36,5 42,8 26 21,6 25,4 23,2 24,8 26,3 16,6 23,1 17,3 31,1 29,1 34,3 - -20m Nivel de Señal -45,7 -44 -39,2 -57,1 -63,5 -67,3 -74 -71,9 -72,6 -69 -70 -72,7 -73,4 -71,9 -70,7 -68,9 -71 -66 - -20 - SNR 45,5 26,5 24,4 30,5 - - - - - - - - - - - - - - - -25m Nivel de Señal -54,5 -53,5 -55,6 -69,5 - - - - - - - - - - - - - - - -25 - SNR - 23,3 27,3 - - - - - - - - - - - - - - - - -30m Nivel de Señal - -66,8 -62,7 - - - - - - - - - - - - - - - -




217

Figura 6-5: Mapa 2D del nivel de señal de la planta baja




218

Figura 6-6: Mapa 2D del nivel de ruido en la planta baja




219

Figura 6-7: Mapa 2D del nivel de la relación señal a ruido (SNR) en la planta baja




220

6.2.3. Coberturas de los puntos de acceso

Figura 6-8: Mapa 2D de la cobertura total de la planta baja con un umbral de -72dBm




221

Figura 6-9: Cobertura de AP1 en la planta baja







222




Figura 6-16: Cobertura del resto de APs en la planta baja




223

6.2.4. Conclusiones Viendo los valores que sobrepasan los -72dBm en la Figura 6-5: Mapa 2D del nivel de

señal de la planta baja y la Tabla 6-1: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA BAJA (señalados en negrita) identificamos posibles zonas en las que no se cumplen los requisitos de potencia mínima exigidos. Pasemos a analizarlas:

Y(20,10); X(-35,-30): Se trata de la cocina. Es una sala que ya señalamos como

posible zona conflictiva, ya que está llena de estanterías y estructuras metálicas. Además posee varios aparatos electrónicos como microondas que trabajan en la banda de 2,4Ghz. Comprobamos efectivamente que en el lugar hay ciertos problemas para la conexión ya que sufrimos frecuentes caídas.

Y(10,5); X(35,30): Es un aula-taller llena de máquinas y herramientas. Comprobamos in-situ que el nivel de señal presente no nos impide asociarnos al punto de acceso 6 y que tenemos acceso a Internet. Pero verificamos que la velocidad es muy baja (1Mbps) debido al alto nivel de ruido y la consiguiente baja relación SNR.

Y(-10,-15); X(20,30): Vistos los resultados obtenidos acudimos al aula para comprobar los parámetros de conexión, y nos cercioramos que el nivel de señal es bueno y que la velocidad también es aceptable. Por lo que interpretamos los resultados como una inexactitud del programa o el propio proceso de medidas, aspectos en los que no vamos a profundizar.

Y(-15,-20); X(-15,-10), X(-5,0) y X(10,20): Ídem anterior.

Observando las gráficas de coberturas de APs obtenidas por la aplicación,

concluimos que, aunque algunas no son del todo reales (por lo general, aparecen áreas más grandes que en la realidad, por citar un ejemplo, la del AP5), la planta es cubierta en su totalidad por el conjunto de APs dispuestos pero sería conveniente cambiar la localización de alguno de ellos debido a la existencia de los puntos negros comentados antes.




224

6.3. Planta Primera

6.3.1. Información General



Dirección: Wheelers Lane, Kings Heath, B13 0SF, Birmingham (UK) Planta: Planta Primera





Longitud: 565m Nº de pasos: 1875


Puntos de acceso

Etiqueta Coordenadas MAC Canal AP8 (35, 3) 00:18:4d:9a:54:3e 11 AP9 (-24, 0) 00:18:4d:9a:56:8e 1 AP10 (-13, 3) 00:18:4d:9a:54:32 6 AP11 (2, -2) 00:18:4d:9a:56:e0 11 AP12 (25, 2) 00:18:4d:9a:57:50 6 AP13 (10, 3) 00:18:4d:9a:56:84 1




225


Tabla 6-2: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN – PLANTA PRIMERA ↓ Y X → -40m -35m -30m -25m -20m -15m -10m -5m 0- 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - -35m -30m -25m -20m -15m -10m -5m 0m 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 40m 45m 20 - SNR 47,5 44,9 35,1 30,1 - - - - - - - - - - - - - 15m Nivel de Señal -52,5 -55,1 -64,9 -69,9 - - - - - - - - - - - - - 15 - SNR - 37,4 34,0 37,8 34,8 44,4 37,8 31,7 27,1 27,5 28,5 14,0 11,8 19,7 19,9 25,7 - 10m Nivel de Señal - -62,6 -66,0 -62,2 -65,2 -55,6 -62,2 -68,3 -72,9 -72,5 -71,5 -76,0 -73,2 -70,3 -73,1 -74,3 - 10 - SNR - - 36,3 34,6 38,9 41,9 26,2 28,2 18,7 14,4 18,2 22,8 32,8 28,9 19,0 18,0 - 5m Nivel de Señal - - -63,7 -65,4 -61,1 -58,1 63,8 -67,8 -71,3 -70,6 -69,8 -70,2 -67,2 -66,1 -71,0 -72,0 - 5 - SNR - - 46,8 64,9 42,3 52,7 42,9 52,5 48,8 42,4 45,6 36,5 59,9 50,2 55,4 49,3 45,1 0m Nivel de Señal - - -53,2 -35,1 -57,7 -47,3 -57,1 -47,5 -51,2 -57,6 -54,4 -63,5 -45,1 -49,8 -44,6 -50,7 -55,9 0 - SNR - - 64,1 63,2 57,7 55,9 53,6 54,9 50,0 42,2 35,8 12,7 8,9 24,5 27,3 33,2 31,8 -5m Nivel de Señal - - -35,9 -36,8 -42,3 -44,1 -46,4 -45,1 -50,0 -57,8 -64,2 -67,3 -63,1 -60,5 -62,7 -66,8 -68,2 -5 - SNR - - - 55,2 54,4 52,2 47,5 39,4 45,2 42,6 36,0 35,1 18,4 17,7 14,8 23,8 - -10m Nivel de Señal - - - -44,8 -45,6 -47,8 -52,5 -60,6 -54,8 -57,4 -64,0 -64,9 -66,6 -69,3 -70,2 -71,2 - -10 - SNR - - - 53,9 51,1 46,3 45,6 50,5 55,0 52,1 46,2 39,7 34,9 30,1 29,1 28,1 - -15m Nivel de Señal - - - -46,1 -48,9 -53,7 -54,4 -49,5 -45,0 -47,9 -53,8 -60,3 -65,1 -69,9 -70,9 -71,9 -




226

Figura 6-17: Mapa 2D del nivel de señal en la planta primera




227

Figura 6-18: Mapa 2D del nivel de ruido en la planta primera




228

Figura 6-19: Mapa 2D del nivel de la relación señal a ruido (SNR) en la planta primera




229


Figura 6-20: Mapa 2D de la cobertura total de la planta baja con un umbral de -72dBm




230

Figura 6-21: Cobertura de AP8 en la planta primera







231



Figura 6-27: Cobertura del resto de APs en la planta primera




232

6.3.4. Conclusiones Analizando la Figura 6-17: Mapa 2D del nivel de señal en la planta primera y la Tabla 6-2: NIVEL

DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN – PLANTA PRIMERA confirmamos que se cumplen los requerimientos de cobertura impuestos, con la excepción de los valores anteriormente resaltados, los cuales pasamos a comentar:

Y(15,10); X(0,10): Corresponde a la ICT Server Room o sala principal de

comunicaciones del edificio. Es una zona conflictiva debido a la presencia de todos los racks (estructuras metálicas) presentes en la sala. Aún así, tenemos la posibilidad de asociarnos al punto de acceso 11 con un nivel de señal aceptable.

Y(15,10); X(15,20), X(15,10) y X(30,40): Atendiendo a lo que dice el manual del software, es probable encontrar ciertas imprecisiones en las zonas limítrofes del edificio estudiado. Una segunda inspección del área nos certifica que los parámetros de conexión son correctos.

Al igual que en la planta baja, observamos cierta inexactitud en las coberturas

de los puntos de acceso. Si bien es cierto que utilizamos estas gráficas a título orientativo, encontramos cierta incoherencia cuando comparamos las coordenadas Y(20,15); X(0,20) en la Figura 6-20: Mapa 2D de la cobertura total de la planta baja con un umbral de -72dBm y la Figura 6-17: Mapa 2D del nivel de señal en la planta primera. Esto se puede deber a un número de medidas insuficientes en la zona en cuestión, Sin embargo, nos decantamos más por los resultados del mapa del nivel de señal porque se asemejan más a lo comprobado empíricamente.

Aunque por lo general se cumplen con los umbrales establecidos, proponemos

la relocalización del punto de acceso AP13 para un mejor servicio.




233

6.4. Planta Segunda

6.4.1. Información General



Dirección: Wheelers Lane, Kings Heath, B13 0SF, Birmingham (UK) Planta: Planta Segunda





Longitud: 385m Nº de pasos: 1280


Puntos de acceso

Etiqueta Coordenadas MAC Canal AP19 (-13, -2) 00:1b:2f:47:2c:1c 11 AP18 (40, 3) 00:1b:2f:47:2c:ba 1 AP17 (-25, 3) 00:1b:2f:47:28:98 6 AP16 (28, 2) 00:1b:2f:47:2b:52 11 AP14 (1, 3) 00:1b:2f:47:2c:b6 1 AP15 (17, 3) 00:1b:2f:47:2a:28 6




234


Tabla 6-3: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN – PLANTA SEGUNDA ↓ Y X → -35m -30m -25m -20m -15m -10m -5m 0- 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45- -30m -25m -20m -15m -10m -5m 0m 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 40m 45m 50m 20 - SNR - 8,1 9,6 - - - - - - - - - - - - - - 15m Nivel de Señal - 71,9 70,4 - - - - - - - - - - - - - - 15 - SNR - 41,5 45,5 47,8 52,2 10,7 13,4 52,6 37,2 30,1 28,9 16,5 35,0 14,8 17,3 40,1 - 10m Nivel de Señal - -58,5 -54,5 -52,2 -47,8 -44,3 -41,6 -37,4 -62,8 -69,9 -71,1 -63,5 -45,0 -45,2 -42,7 -34,9 - 10 - SNR - 43,5 45,5 47,5 37,1 10,8 31,1 38,9 32,3 31,1 18,1 42,3 56,2 52,8 58,0 63,7 - 5m Nivel de Señal - -56,1 -54,5 -52,4 -47,9 -44,2 -38,9 -31,1 -54,8 -58,9 -61,9 -52,7 -43,8 -47,2 -42,0 -36,3 - 5 - SNR - 46,2 58,2 56,6 49,7 58,3 53,1 70,3 29,5 32,7 37,5 38,9 41,9 2,5 10,1 63,8 55,5 0m Nivel de Señal - -53,8 -41,8 -43,4 -50,3 -41,7 -46,9 -29,6 -70,5 -67,3 -62,5 -61,1 -58,1 -57,5 -49,9 -36,2 -44,5 0 - SNR - 30,8 34,0 41,9 50,3 53,7 55,0 49,6 45,2 42,5 16,8 18,9 22,1 14,9 12,4 46,7 51,0 -5m Nivel de Señal - -69,2 -66,0 -58,1 -49,7 -46,3 -45,0 -50,4 -54,8 -57,5 -58,2 -56,1 -52,9 -50,1 -47,6 -43,3 -49,0 -5 - SNR 33,0 33,1 28,1 40,3 51,3 46,7 45,3 42,8 39,0 7,9 15,7 22,9 35,8 35,0 53,3 53,3 - -10m Nivel de Señal -67,0 -66,9 -71,9 -59,7 -48,7 -53,3 -54,7 -57,2 -64,0 -67,1 -59,3 -52,1 -64,2 -64,0 -46,7 44,1 - -10 - SNR 30,0 29,1 35,2 35,9 49,0 49,9 46,8 37,2 34,7 37,3 41,6 45,4 47,9 42,4 20,5 25,2 - -15m Nivel de Señal -70,0 -70,9 -64,8 -64,1 -51,0 -50,1 -53,2 -62,8 -65,3 -62,7 -58,4 -54,6 -52,1 -47,6 -49,5 -44,8 -




235

Figura 6-28: Mapa 2D del nivel de señal en la planta segunda




236

Figura 6-29: Mapa 2D del nivel de ruido en la planta segunda




237

Figura 6-30: Mapa 2D del nivel de la relación señal a ruido (SNR) en la planta segunda




238


Figura 6-31: Mapa 2D de la cobertura total de la planta segunda con un umbral de -72dBm




239

Figura 6-32: Cobertura de AP14 en la planta segunda







240



Figura 6-38: Cobertura del resto de APs en la planta segunda




241

6.4.4. Conclusiones Estudiando la tabla y gráficas anteriores certificamos que la cobertura en la

planta segunda es óptima que cumpliendo con los requisitos impuestos por WLTC. Además, tal y como también comprobamos sobre el lugar, no existen zonas potencialmente conflictivas para la propagación de ondas de radiofrecuencia.




242

SECCIÓN 6: ESTUDIO DE COBERTURA ...................................... 209 6.1. INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................210

6.1.1. HARDWARE Y SOFTWARE EMPLEADO EN EL ESTUDIO ..........................................................210 6.1.2. PROCESO DE MEDIDAS.......................................................................................................213

6.2. PLANTA BAJA ..................................................................................................................215 6.2.3. INFORMACIÓN GENERAL....................................................................................................215 6.2.4. NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR ..........................................................................216 6.2.5. COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO ..........................................................................220 6.2.6. CONCLUSIONES.................................................................................................................223

6.3. PLANTA PRIMERA ..........................................................................................................224 6.3.1. INFORMACIÓN GENERAL ...................................................................................................224 6.3.2. NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR ..........................................................................225 6.3.3. COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO ..........................................................................229 6.3.4. CONCLUSIONES.................................................................................................................232

6.4. PLANTA SEGUNDA..........................................................................................................233 6.4.1. INFORMACIÓN GENERAL ...................................................................................................233 6.4.2. NIVEL DE SEÑAL, NIVEL DE RUIDO Y SNR ..........................................................................234 6.4.3. COBERTURAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO ..........................................................................238 6.4.4. CONCLUSIONES.................................................................................................................241

FIGURA 6-1: ASPECTO DE LA APLICACIÓN INTEL PROSET/WIRELESS EN EJECUCIÓN .............................211 FIGURA 6-2: ASPECTO DE LA APLICACIÓN VISIT WAVE SITE SURVEY EN EJECUCIÓN .............................212 FIGURA 6-3: ASPECTO DE VISIT WAVE SITE REPORT EN EJECUCIÓN .....................................................213 FIGURA 6-4: PROCESO DE RECOLECCIÓN DE DATOS ..............................................................................214 FIGURA 6-5: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL DE LA PLANTA BAJA .........................................................217 FIGURA 6-6: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA BAJA .........................................................218 FIGURA 6-7: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA BAJA ...........219 FIGURA 6-8: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA BAJA CON UN UMBRAL DE -72DBM......220 FIGURA 6-9: COBERTURA DE AP1 EN LA PLANTA BAJA ........................................................................221 FIGURA 6-10: COBERTURA DE AP2 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................221 FIGURA 6-11: COBERTURA DE AP3 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................221 FIGURA 6-12: COBERTURA DE AP4 EN LA PLANTA BAJA ......................................................................221 FIGURA 6-13: COBERTURA DE AP5 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................222 FIGURA 6-14: COBERTURA DE AP6 EN LA PLANTA BAJA.......................................................................222 FIGURA 6-15: COBERTURA DE AP7 EN LA PLANTA BAJA ......................................................................222 FIGURA 6-16: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA BAJA......................................................222 FIGURA 6-17: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL EN LA PLANTA PRIMERA .................................................226 FIGURA 6-18: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA PRIMERA .................................................227 FIGURA 6-19: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA PRIMERA....228 FIGURA 6-20: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA BAJA CON UN UMBRAL DE -72DBM ...229 FIGURA 6-21: COBERTURA DE AP8 EN LA PLANTA PRIMERA.................................................................230 FIGURA 6-22: COBERTURA DE AP9 EN LA PLANTA PRIMERA.................................................................230 FIGURA 6-23: COBERTURA DE AP10 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................230 FIGURA 6-24: COBERTURA DE AP11 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................230 FIGURA 6-25: COBERTURA DE AP12 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................231 FIGURA 6-26: COBERTURA DE AP13 EN LA PLANTA PRIMERA...............................................................231




243

FIGURA 6-27: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA PRIMERA ................................................231 FIGURA 6-28: MAPA 2D DEL NIVEL DE SEÑAL EN LA PLANTA SEGUNDA ................................................235 FIGURA 6-29: MAPA 2D DEL NIVEL DE RUIDO EN LA PLANTA SEGUNDA ................................................236 FIGURA 6-30: MAPA 2D DEL NIVEL DE LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO (SNR) EN LA PLANTA SEGUNDA...237 FIGURA 6-31: MAPA 2D DE LA COBERTURA TOTAL DE LA PLANTA SEGUNDA CON UMBRAL DE -72DBM ..238 FIGURA 6-32: COBERTURA DE AP14 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................239 FIGURA 6-33: COBERTURA DE AP15 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................239 FIGURA 6-34: COBERTURA DE AP16 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................239 FIGURA 6-35: COBERTURA DE AP17 EN LA PLANTA SEGUNDA ..............................................................239 FIGURA 6-36: COBERTURA DE AP18 EN LA PLANTA SEGUNDA ..............................................................240 FIGURA 6-37: COBERTURA DE AP19 EN LA PLANTA SEGUNDA..............................................................240 FIGURA 6-38: COBERTURA DEL RESTO DE APS EN LA PLANTA SEGUNDA ...............................................240

TABLA 6-1: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA BAJA ....................................................216 TABLA 6-2: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA PRIMERA ...............................................225 TABLA 6-3: NIVEL DE SEÑAL Y SNR SEGÚN POSICIÓN - PLANTA SEGUNDA ..............................................234




242

7 Planos




243

Índice de Planos PLANO Nº 1: Plano General de Planta Baja

PLANO Nº 2: Plano General de Planta Primera

PLANO Nº 3: Plano General de Planta Segunda

PLANO Nº 4: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Baja

PLANO Nº 5: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Primera

PLANO Nº 6: Localización de Posibles Zonas Conflictivas para la Radiopropagación en Planta Segunda

PLANO Nº 7: Cobertura Teórica de un Punto de Acceso

PLANO Nº 8: Cobertura Empírica de un Punto de Acceso

PLANO Nº 9: Localización de Puntos de Acceso en Planta Baja

PLANO Nº 10: Localización de Puntos de Acceso en Planta Primera

PLANO Nº 11: Localización de Puntos de Acceso en Planta Segunda




244

Sección 7: PLANOS ............................................................................. 242




244

8 Anexos




245

8.1. ANEXO A: Hardware Empleado

8.1.1. Punto de acceso Netgear RangeMax™ WPN802 Dispositivo encargado de suministrar la cobertura radioeléctrica necesaria para

que haya conectividad inalámbrica entre una red Ethernet cableada y las tarjetas adaptadoras de los usuarios de ésta.

Figura 8-1: Punto de Acceso NETGEAR RangeMax WPN802

Características principales:

Tecnología smart MIMO (pseudo MIMO) con técnicas de diversidad de antenas en recepción y transmisión. Cuenta con siete antenas internas que están inspeccionando constantemente el entorno, para elegir la más adecuada en cada momento.

Tecnología Atheros SuperG que permite alcanzar velocidades de transferencia de datos de hasta 108Mbps, y mejora hasta un 50% el rendimiento de los dispositivos inalámbricos de los estándar 802.11b y 802.11g.

Modo de funcionamiento como punto de acceso o como repetidor con Wireless Distribution System (WDS)

Mecanismos de seguridad implementados:




246

Encriptación WEP (Wired Equivalent Privacy) de 64 y 128 bits.

Wi-Fi Protected Access (WPA, Pre-Shared Key).

Túneles VPN pass-through (IPSec, L2TP, PPTP).

Listas de control de acceso (ACL) para la autentificación de la dirección MAC.

Figura 8-2: Panel trasero del punto de acceso NETGEAR RangeMax WPN802

Especificaciones técnicas

NETGEAR RangeMax WPN802 Estándares compatibles

IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11SuperG TCP/IP RIP v1, RIPv2 DHCP PPP over Ethernet (PPPoE)

Interfaces físicas 1 puerto LAN/WAN Ethernet 10/100BASE-T (RJ-45) Diodos LED Power

Test Link/ACT WLAN

Especificaciones físicas

Dimensiones: 223 x 153 x 31 mm Peso: 1.5 kg

Especificaciones medioambientales

Operating temperature: 0° to 40° C (32º to 104º F) Operating humidity: 90% maximum relative humidity, noncondensing




247

Especificaciones inalámbricas

Radio Data Rates: 1, 2, 5.5, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54, and 108 Mbps Data Encoding:

802.11b: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 802.11g: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Maximum Computers Per Wireless Network: 30-70 nodes. Operating Frequency Ranges: 2.412~2.462 GHz (US); 2.457~2.462 GHz (Spain); 2.412~2.484 GHz (Japan); 2.457~2.472 GHz (France); 2.412~2.472 GHz (Europe ETSI).

Adaptador de energía

Input: 240V, 50Hz (United Kingdom) Output: 12 V, 1A.

Tabla 8-1: Especificaciones técnicas Netgear RangeMax WPN802

8.1.2. PoE Switch ZyXEL ES-2024 PWR Conmutador gestionable de nivel 2 de 24 puertos Fast Ethernet, además de dos

módulos GBIC, que cuenta con tecnología Power over Ethernet (PoE) para alimentar a los dispositivos que se conectan en sus puertos.

Figura 8-3: PoE Switch ZyXEL ES-2024PWR

Figura 8-4: Panel frontal del PoE Switch ZyXEL ES-2024PWR




248


ZyXEL ES-2024PWR Estándares compatibles

IEEE 802.3 10Base-T Ethernet IEEE 802.3u 100 Base-Tx Ethernet IEEE 802.3ab 1000 Base-T Ethernet IEEE 802.3z IEEE 802.3x Flow control IEEE 802.1d Spanning tree protocol IEEE 802.1w Rapid Spanning tree protocol IEEE 802.1p Class of service, priority protocols IEEE 802.1Q VLAN tagging IEEE 802.1x Port Authentication IEEE 802.3ad LACP aggregation IEEE 802.3af Power over Ethernet

Interfaces físicas 24 puertos FastEthernet 10/100BASE-Tx (RJ-45). Puertos PoE. 2 puertos mini GBIC Gigabit Ethernet 1000Base-T

Diodos LED PWR SYS ALM LNK/ACT PoE

Switching 8.8Gbps non-blocking switching fabric Switching Forwarding Rate 6.6Mpps Max. Frame Size 1522 bytes

Bridging 8K direcciones MAC Número de MACs limitadas por puerto Port lock y port security MAC Freeze Control de tormentas de broadcast 256KB Packet Buffer

PoE Gestión de potencia por puerto 185 Watios/sistema 15,4 Watios/PD

Gestión ZyXEL iStacking™ hasta 24 switches gestionadospor una sola IP Gestión basada en web Telnet CLI SNMP v2c RS-232c Local console IP gestión: IP estática o cliente DHCP Port mirroring




249


Enrackable en bastidores de 19 pulgadas Dimensiones: 438 (W) x 270 (D) x 44.45 (H) mm Peso: 4.0 Kg


Operating temperature: 0°C ~ 45°C Storage temperature: -25°C ~ 70°C Operating humidity: 10% ~ 90% (non-condensing)

Adaptador de energía

Input: 100-240V AC, 50/60Hz Output: 12 V, 1A.

Tabla 8-2: Especificaciones técnicas ZyXEL ES-2024PWR

8.1.3. PoE Splitter LevelOne POS-1000 Dispositivo que permite incorporar PoE a un equipo no compatible con el

estándar IEEE 802.3af, separando la alimentación de los datos cuando viajan juntos por el cable Cat5. Incorpora un conmutador que nos permite seleccionar 5V o 12V de voltaje según el dispositivo telealimentado que tenemos conectado. Es de tamaño compacto y muy ligero de peso.

Figura 8-5: PoE Splitter LevelOne POS-1000


LevelOne POS-1000 Estándares compatibles

IEEE802.3 10BASE-T IEEE802.3u 100BASE-TX IEEE802.3af Power-over-Ethernet

Especificaciones Datos + Power IN: 1 x RJ-45.




250

eléctricas

Datos: pines 1,2,3,6 Power: 4,5(V+), 7,8(V-)

Datos OUT: 1 x RJ-45 pines 1,2,3,6 Power OUT: 5V/2A, 12V/1A (Maximum) Cable

Cables Cable de alimentación: Jack de diámetro 5.5 x 2.0mm Cable de red:

10BASE-T: 2-pair UTP/STP Cat. 3,4,5 cable EIA/TIA-568 100-ohm 100BASE-TX: 2-pair UTP/STP Cat. 5 cable EIA/TIA-568 100-ohm

Diodos LED Power


Dimensiones: 75mm(L)* 50mm(W)* 23mm(H)


Operating temperature: 0° to 40° C (32º to 104º F) Operating humidity: 90% maximum relative humidity, noncondensing

Tabla 8-3: Especificaciones técnicas LevelOne POS-1000




251

8.2. ANEXO B: Presupuesto económico

Cantidad Descripción Precio unitario

Precio total

19 Punto de acceso modelo NETGEAR RangeMax™ WPN802 con tecnología SuperG.

79£ 1501£

19 PoE Splitter modelo LevelOne POS-1000, para los puntos de acceso inalámbricos que son no compatibles con PoE.

20£ 380£

2 Power-over-Ethernet (PoE) Switch de 24 puertos FastEthernet y 2 puertos Gigabit Ethernet, modelo ZyXEL ES-2024PWR.

781£ 1562£

1 Diseño, configuración, instalación física y puesta en marcha de los equipos que conforman la red inalámbrica. Pruebas de verificación y estudio de cobertura.

920£ 920£

Subtotal 4363£ VAT 763,53£ Total 5126,53£

Tabla 8-4: Presupuesto




252

8.3. ANEXO C: Reportaje Fotográfico




253




254




255




256

SECCIÓN 8: ANEXOS........................................................................ 244 8.1. ANEXO A: HARDWARE EMPLEADO ...........................................................................245

8.1.1. PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX™ WPN802.......................................................245 Características principales:.......................................................................................................245 Especificaciones técnicas ..........................................................................................................246

8.1.2. POE SWITCH ZYXEL ES-2024 PWR .................................................................................247 Especificaciones técnicas ..........................................................................................................248

8.1.3. POE SPLITTER LEVELONE POS-1000 ................................................................................249 Especificaciones técnicas ..........................................................................................................249

8.2. ANEXO B: PRESUPUESTO ECONÓMICO ....................................................................251 8.3. ANEXO C: REPORTAJE FOTOGRÁFICO.....................................................................252 FIGURA 8-1: PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN802.....................................................245 FIGURA 8-2: PANEL TRASERO DEL PUNTO DE ACCESO NETGEAR RANGEMAX WPN802......................246 FIGURA 8-3: POE SWITCH ZYXEL ES-2024PWR................................................................................247 FIGURA 8-4: PANEL FRONTAL DEL POE SWITCH ZYXEL ES-2024PWR................................................247 FIGURA 8-5: POE SPLITTER LEVELONE POS-1000 ..............................................................................249 TABLA 8-1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS NETGEAR RANGEMAX WPN802..........................................247 TABLA 8-2: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ZYXEL ES-2024PWR.........................................................249 TABLA 8-3: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS LEVELONE POS-1000..........................................................250 TABLA 8-4: PRESUPUESTO ..................................................................................................................251

Conclusiones

257

Conclusiones

El Proyecto Fin de Carrera “Redes de Área Local Inalámbricas: Diseño de la WLAN de Wheelers Lane Technology College” está dividido en dos partes independientes, las cuales se han dedicado al estudio teórico de las redes de área local inalámbricas, y al estudio de un caso de aplicación práctica de éstas respectivamente.

En la primera parte:

Introdujimos el concepto de red inalámbrica y realizamos una clasificación de éstas según la distancia de cobertura, repasando además sus principales tecnologías y estándares.

Centramos nuestra atención en las WLAN, explicando sus principios básicos de funcionamiento junto con una evolución histórica de dicho tipo de redes. Asimismo enumeramos sus principales aplicaciones además de citar las ventajas e inconvenientes de éstas frente a las redes cableadas.

Expusimos brevemente los efectos que tiene la radiación de ondas de radiofrecuencia de estas redes en la salud.

Estudiamos pormenorizadamente la familia de protocolos IEEE 802.11, máximo representante y estándar de facto de las redes de área local inalámbricas. Para ello determinamos su arquitectura, capa física y capa de enlace. Además repasamos los sistemas de seguridad propuestos por la norma.

Conclusiones

258

Investigamos con cierto grado de profundidad la floreciente tecnología MIMO. Conocimos primero sus antecedentes, para después dar una definición precisa del término. Enunciamos las principales técnicas, y los distintos tipos existentes de esta técnica. También caracterizamos el funcionamiento base de dicha tecnología, y además enumeramos sus aplicaciones y beneficios más destacados. Por último hicimos una introducción matemáticamente de la tecnología.

Indagamos en la técnica Power-over-Ethernet o PoE, a través del estudio del estándar IEEE 802.11af, y otras implementaciones no estándares también existentes.

En la segunda parte pusimos en práctica los conceptos desplegados en la

primera, a través de la elaboración y ejecución del proyecto técnico de red inalámbrica de Wheelers Lane Technology College. Las conclusiones sacadas:

Recabamos información y analizamos la situación real existente de la red de

nuestro cliente, así como las exigencias impuestas por éste.

Propusimos una solución inicial, con un plan de etapas o de actuación para la elaboración y ejecución de ésta.

Ejecutamos una serie de actuaciones previas al diseño de la red inalámbrica, de las que obtuvimos la siguiente información:

Distinguimos posibles zonas conflictivas en el edificio para la propagación de ondas de radiofrecuencia.

Establecimos un umbral de potencia mínima recibida de -72dBm para cumplir con los requisitos de calidad y cobertura exigidos por el cliente.

Debido al lugar de instalación de puntos de acceso recomendado por el cliente, surgió un problema con la alimentación de éstos, por lo que decidimos alimentarlos a través del mismo cable Ethernet por donde reciben los datos de la red cableada. Esto es la conocida técnica PoE estudiada anteriormente en la parte I.

Estimamos que para obtener una cobertura total y de la calidad impuesta necesitaríamos aproximadamente 19 puntos de acceso.

Diseñamos la red inalámbrica de nuestro cliente basándonos en los siguientes puntos:

Conclusiones

259

Definimos el modelo de referencia adoptado y la arquitectura lógica de la red. La topología se basa en la integración de la WLAN en la LAN de datos y el estándar de funcionamiento escogido es el IEEE 802.11g.

Pensamos en la arquitectura física adecuada. Adquirimos el equipamiento necesario según las condiciones del cliente (puntos de acceso con tecnología pseudos MIMO y SuperG) y los proveedores con los que la empresa instaladora trabajaba (switches PoE del fabricante ZyXEL).

Creamos un etiquetado para los equipos.

Pensamos en una localización para éstos y definimos su conexionado mediante tablas y esquemas.

Adoptamos el direccionamiento proporcionado por el cliente.

Aplicamos las medidas de seguridad pertinentes, tanto las requeridas por WLTC como las que nosotros mismos implementamos por iniciativa propia.

Configuramos todos los puntos de acceso, y los instalamos en los lugares habilitados por el cliente para ello.

Pusimos en funcionamiento la red e iniciamos las pruebas de verificación del estado de la misma, comprobando que:

Un PoE Switch era insuficente para alimentar a todos los puntos de acceso, por lo que decidimos aumentar a dos unidades este equipamiento para solventar el problema.

La autenticación, la asociación, la integración con la LAN de datos, el roaming transparente entre células y la conectividad usuario a usuario y usuario a aplicación son óptimas.

Comprobamos la cobertura del lugar mediante un extenso estudio del que concluimos que, aunque en general cumplimos con los requerimientos señalados, pueden existir puntos negros que podrían crear ciertos conflictos. Proponemos solución relocalizando alguno de los puntos de acceso.

Con todo esto concluimos que cumplimos todos los objetivos marcados en el proyecto, respetando asimismo todos los requisitos establecidos por el cliente.

Bibliografía y Referencias

260

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Glosario de Acrónimos

266

Glosario de Acrónimos AC Alternating Current Corriente Alterna

ACK ACKnolewdge Asentimiento

ACL Access Control List Listas de control de acceso

ADSL Asymetric Digital Subscriber Line Bucle de abonado digital asimétrico

AES Advanced Encryption Standard Protocolo de encriptación de WPA2

AP Access Point Punto de acceso

ATM Asynchronous Transfer Mode Modo de transferencia asíncrono

AWGN Additive White Gaussian Noise Ruido aditivo blanco gaussiano

BLAST Bell Laboratories Arquitecture Layered Space-Time

Técnica SU-MIMO

BPSK Binary Phase Shift Keying Modulación por Desplazamiento Diferencial de Fase

BSS Basic Service Set Conjunto Básico de Servicio o Modo Infraestructura

BW BandWidth Ancho de banda

CCI Co-Channel Interference Interferencia Co-Canal

CCK Complementary Code Keying Modulación por Código Complementario


267

CDMA Code Division Multiple Access Acceso Múltiple por División de Código

CDP Cisco Discovery Protocol Protocolo de descubrimiento propietario de Cisco

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance

Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Evasión de Colisiones

CTS Clear To Send -

DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying

Modulación por Desplazamiento Diferencial Binario de Fase

DC Direct Current Corriente Continua

DCF Distributed Cooordinator Function Función de Coordinación Distribuida

DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication

Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitalmente

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

Protocolo para la asignación de IPs dinámicas

DNS Domain Name System Base de datos que mapea nombres de dominio en direcciones IP

DOA Direction Of Arrival Dirección de llegada

DoS Denial of Service Denegación de servicio

DPC Dirty Paper Coding Técnica de codificación de MU-MIMO

DPSK Differential Phase Shift Keying Modulación Diferencial de Fase

DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying

Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura

DS Distribution System Sistema de Distribución

DSP Digital Signal Processor Procesador Digital de Señales

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Espectro Ensanchado por Secuencia Directa

EAP Extensible Authentication Protocol Protocolo de autenticación de WPA y WPA2

ESS Extended Service Set Conjunto de Servicio Extendido o Modo Infraestructura Extendido

ETSI European Telecommunications Standards Institute

Instituto Euopeo de Normas de Telecomunicaciones

FCC Federal Communications Commission

Comisión Federal de Comunicaciones de los EE.UU

FCS Frame Check Sequence Secuencia de Comprobación de Trama


268

FDM Frequency Division Multiplexor Multiplexor por División en Frecuencia

FFT Fast Fourier Transform Transformada Rápida de Fourier

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia

FLP Fast Link Pulse Pulso de Enlace Rápido

GFSK Gaussian Frequency Shift Keying Modulación por Desplazamiento de Frecuencia Gaussiana

GPRS General Packet Radio Service -

GSM Global System for Mobile communications

Sistema Global de Comunicaciones Móviles

HDTV High Definition TV Estándar de televisión de Alta Definición

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Tecnología 3,5G de comunicaciones móviles

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Tecnología 3,75G de comunicaciones móviles

IBSS Independent Basic Service Set Conjunto Básico de Servicio Independiente o Modo Ad Hoc

ICI Inter-Channel Interference Interferencia inter-canal

ICMP Internet Control Message Protocol Protoclo de Mensajes de Control de Internet

IEEE Institute of Electrical and Electronical Engineers

Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos

IFS InterFrame Space Espaciado Entre Tramas

IP Internet Protocol Protocolo de Internet

IR InfraRed Infrarrojos

IrDA InfraRed Data Association -

ISDN Integrated Services Digital Network

Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)

ISI Inter-Symbol Interference Interferencia Inter-Simbólica

ISM Industrial, Scientific and Medical Banda de radiofrecuencia para uso industrial, científico y médico

ISP Internet Service Provider Proveedor de Servicios de Internet

IT Information Technologies Tecnologías de la Información


269

ITU-R International Telecommunication Union -

Unión Internacional de Telecomunicaciones -

Radiocommunication Radiocomunicación

LAN Local Area Network Red de Área Local

LLC Logical Link Control Control de Enlace Lógico

MAC Media Access Control Control de Acceso al Medio

MACA Multi Access Collision Avoidance Acceso Múltiple con Evasión de Colisión

MAN Metropolitan Area Network Red de Área Metropolitana

MDF Main Distributor Frame Sala Principal de Comunicaciones

MIC Message Integrity Check Función de Chequeo de Integridad del Mensaje

MIMO Multiple Input, Multiple Output Múltiple entrada, Múltiple salida

MISO Multiple Input, Single Output Múltiple entrada, Salida sencilla

MPDU MAC Protocol Data Unit Unidad de datos del protocolo MAC

MU-MIMO

Multi-User MIMO MIMO para múltiples usuarios

NAV Network Allocation Vector Vector de la Red

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales

OSI Open System Interconnection Modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos

PABX Private Automatic Branch Exchange

Centralita Secundaria Privada Automática

PAM Pulse Amplitude Modulation Modulación por Amplitud de Pulsos

PARC Per Antenna Rate Control Técnica SU-MIMO

PBCC Packet Binary Convolutional Coding

Código Convolucional Binario de Paquetes

PCF Point Coordination Function Función de Coordinación Puntual

PD Powered Device Dispositivo telealimentado en PoE

PDA Personal Digital Assistant -


270

PFC - Proyecto Fin de Carrera

PI Power Interface Interfaz de Alimentación

PIRE - Potencia Isótropa Radiada Equivalente

PLCP Physical Layer Convergence Procedure

Función de Convergencia de Capa Física

PMD Physical Media Dependent Función Dependiente del Medio Físico

PN Pseudorandom Noise Ruido Pseudoaleatorio

PoE Power-over-Ethernet Alimentación eléctrica a través de Ethernet

PoL Power-over-LAN Alimentación eléctrica a través de la LAN

PS Power Saving Ahorro de Energía

PSE Power Sourcing Equipment Dispositivo fuente de alimentación en PoE

PSK Phase Shift Keying Modulación por Desplazamiento de Fase

PS-STA Power Save Station Estaciones en modo Ahorro de Energía

QAM Quadrature Amplitude Modulation

Modulación por Amplitud en Cuadratura

QoS Quality of Service Calidad de Servicio

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura

RADIUS Remote Authentication Dial-In User Service

Protocolo de autenticación de las redes WiFi

RTS Request To Send -

SDMA Spatial Division Multiple Access Acceso Múltiple por División Espacial

SDTV Standard Definition TV Televisión Estándar

SFD Starter Frame Delimiter Delimitador de Trama Inicial

SIMO Single Input, Multiple Output Entrada sencilla, Salida múltiple

SISO Single Input, Single Output Entrada sencilla, Salida sencilla

SM Spatial Multiplexing Multiplexación Espacial


271

SNR Signal Noise Ratio Relación Señal Ruido

SPARC Selective Per Antenna Rate Control Técnica SU-MIMO

SS Spread Spectrum Espectro Ensanchado

SSID Service Set Identifier Nombre de la red

STBC Space-Time Block Coding Codificación por Bloques Espacio-Tiempo

STC Space-Time Coding Codificación Espacio-Tiempo

STP Shielded Twisted Pair Par cruzado apantallado

STT - Servicio de Telefonía Tradicional

STTC Space-Time Trellis Coding Codifcación de Trellis Espacio-Tiempo

SU-MIMO

Single-User MIMO MIMO para un solo usuario

TCP Transport Control Protocol Protocolo de Control de Transporte

TC-PAM Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation

Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation

TDMA Time Division Multiple Access Acceso Múltiple por División en el Tiempo

TKIP Temporal Key Intregity Protocol Protocolo de encriptación de WPA

TSF Terminal Synchroning Function Función de Sincronización entre Estaciones

UMTS Universal Mobile Telecommunication Service

Sistema Universal de Comunicaciones Móviles

USB Universal Serial Bus -

UTP Unshielded Twisted Pair Par cruzado sin apantallar

VLAN Virtual Local Area Network Red de Área Local Virtual

VoIP Voice over IP Voz IP

WEP Wired Equivalent Privacy Sistema de seguridad de redes WiFi

WI-FI Wireless Fidelity Fidelidad Inalámbrica

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas


272

WISP Wireless Internet Service Provider Proveedor de Servicios de Internet Inalámbrico

WLAN Wireless Local Area Network Redes de Área Local Inalámbricas

WLI Forum

Wireless LAN Interoperability Forum

Forum para la interoperabilidad de WLAN

WMAN Wireless Metropolitan Network Redes de Área Metropolitana Inalámbricas

WPA WiFi Protected Access Sistema de seguridad de redes WiFi

WPAN Wireless Personal Area Network Redes de Área Personal Inalámbricas

WWAN Wireless Wide Area Network Redes de Área Extensa Inalámbricas


266

Glosario de Acrónimos AC Alternating Current Corriente Alterna

ACK ACKnolewdge Asentimiento

ACL Access Control List Listas de control de acceso

ADSL Asymetric Digital Subscriber Line Bucle de abonado digital asimétrico

AES Advanced Encryption Standard Protocolo de encriptación de WPA2

AP Access Point Punto de acceso

ATM Asynchronous Transfer Mode Modo de transferencia asíncrono

AWGN Additive White Gaussian Noise Ruido aditivo blanco gaussiano

BLAST Bell Laboratories Arquitecture Layered Space-Time

Técnica SU-MIMO

BPSK Binary Phase Shift Keying Modulación por Desplazamiento Diferencial de Fase

BSS Basic Service Set Conjunto Básico de Servicio o Modo Infraestructura

BW BandWidth Ancho de banda

CCI Co-Channel Interference Interferencia Co-Canal

CCK Complementary Code Keying Modulación por Código Complementario


267

CDMA Code Division Multiple Access Acceso Múltiple por División de Código

CDP Cisco Discovery Protocol Protocolo de descubrimiento propietario de Cisco

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance

Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Evasión de Colisiones

CTS Clear To Send -

DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying

Modulación por Desplazamiento Diferencial Binario de Fase

DC Direct Current Corriente Continua

DCF Distributed Cooordinator Function Función de Coordinación Distribuida

DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication

Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitalmente

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

Protocolo para la asignación de IPs dinámicas

DNS Domain Name System Base de datos que mapea nombres de dominio en direcciones IP

DOA Direction Of Arrival Dirección de llegada

DoS Denial of Service Denegación de servicio

DPC Dirty Paper Coding Técnica de codificación de MU-MIMO

DPSK Differential Phase Shift Keying Modulación Diferencial de Fase

DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying

Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura

DS Distribution System Sistema de Distribución

DSP Digital Signal Processor Procesador Digital de Señales

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Espectro Ensanchado por Secuencia Directa

EAP Extensible Authentication Protocol Protocolo de autenticación de WPA y WPA2

ESS Extended Service Set Conjunto de Servicio Extendido o Modo Infraestructura Extendido

ETSI European Telecommunications Standards Institute

Instituto Euopeo de Normas de Telecomunicaciones

FCC Federal Communications Commission

Comisión Federal de Comunicaciones de los EE.UU

FCS Frame Check Sequence Secuencia de Comprobación de Trama


268

FDM Frequency Division Multiplexor Multiplexor por División en Frecuencia

FFT Fast Fourier Transform Transformada Rápida de Fourier

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia

FLP Fast Link Pulse Pulso de Enlace Rápido

GFSK Gaussian Frequency Shift Keying Modulación por Desplazamiento de Frecuencia Gaussiana

GPRS General Packet Radio Service -

GSM Global System for Mobile communications

Sistema Global de Comunicaciones Móviles

HDTV High Definition TV Estándar de televisión de Alta Definición

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Tecnología 3,5G de comunicaciones móviles

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Tecnología 3,75G de comunicaciones móviles

IBSS Independent Basic Service Set Conjunto Básico de Servicio Independiente o Modo Ad Hoc

ICI Inter-Channel Interference Interferencia inter-canal

ICMP Internet Control Message Protocol Protoclo de Mensajes de Control de Internet

IEEE Institute of Electrical and Electronical Engineers

Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos

IFS InterFrame Space Espaciado Entre Tramas

IP Internet Protocol Protocolo de Internet

IR InfraRed Infrarrojos

IrDA InfraRed Data Association -

ISDN Integrated Services Digital Network

Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)

ISI Inter-Symbol Interference Interferencia Inter-Simbólica

ISM Industrial, Scientific and Medical Banda de radiofrecuencia para uso industrial, científico y médico

ISP Internet Service Provider Proveedor de Servicios de Internet

IT Information Technologies Tecnologías de la Información


269

ITU-R International Telecommunication Union -

Unión Internacional de Telecomunicaciones -

Radiocommunication Radiocomunicación

LAN Local Area Network Red de Área Local

LLC Logical Link Control Control de Enlace Lógico

MAC Media Access Control Control de Acceso al Medio

MACA Multi Access Collision Avoidance Acceso Múltiple con Evasión de Colisión

MAN Metropolitan Area Network Red de Área Metropolitana

MDF Main Distributor Frame Sala Principal de Comunicaciones

MIC Message Integrity Check Función de Chequeo de Integridad del Mensaje

MIMO Multiple Input, Multiple Output Múltiple entrada, Múltiple salida

MISO Multiple Input, Single Output Múltiple entrada, Salida sencilla

MPDU MAC Protocol Data Unit Unidad de datos del protocolo MAC

MU-MIMO

Multi-User MIMO MIMO para múltiples usuarios

NAV Network Allocation Vector Vector de la Red

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales

OSI Open System Interconnection Modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos

PABX Private Automatic Branch Exchange

Centralita Secundaria Privada Automática

PAM Pulse Amplitude Modulation Modulación por Amplitud de Pulsos

PARC Per Antenna Rate Control Técnica SU-MIMO

PBCC Packet Binary Convolutional Coding

Código Convolucional Binario de Paquetes

PCF Point Coordination Function Función de Coordinación Puntual

PD Powered Device Dispositivo telealimentado en PoE

PDA Personal Digital Assistant -


270

PFC - Proyecto Fin de Carrera

PI Power Interface Interfaz de Alimentación

PIRE - Potencia Isótropa Radiada Equivalente

PLCP Physical Layer Convergence Procedure

Función de Convergencia de Capa Física

PMD Physical Media Dependent Función Dependiente del Medio Físico

PN Pseudorandom Noise Ruido Pseudoaleatorio

PoE Power-over-Ethernet Alimentación eléctrica a través de Ethernet

PoL Power-over-LAN Alimentación eléctrica a través de la LAN

PS Power Saving Ahorro de Energía

PSE Power Sourcing Equipment Dispositivo fuente de alimentación en PoE

PSK Phase Shift Keying Modulación por Desplazamiento de Fase

PS-STA Power Save Station Estaciones en modo Ahorro de Energía

QAM Quadrature Amplitude Modulation

Modulación por Amplitud en Cuadratura

QoS Quality of Service Calidad de Servicio

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura

RADIUS Remote Authentication Dial-In User Service

Protocolo de autenticación de las redes WiFi

RTS Request To Send -

SDMA Spatial Division Multiple Access Acceso Múltiple por División Espacial

SDTV Standard Definition TV Televisión Estándar

SFD Starter Frame Delimiter Delimitador de Trama Inicial

SIMO Single Input, Multiple Output Entrada sencilla, Salida múltiple

SISO Single Input, Single Output Entrada sencilla, Salida sencilla

SM Spatial Multiplexing Multiplexación Espacial


271

SNR Signal Noise Ratio Relación Señal Ruido

SPARC Selective Per Antenna Rate Control Técnica SU-MIMO

SS Spread Spectrum Espectro Ensanchado

SSID Service Set Identifier Nombre de la red

STBC Space-Time Block Coding Codificación por Bloques Espacio-Tiempo

STC Space-Time Coding Codificación Espacio-Tiempo

STP Shielded Twisted Pair Par cruzado apantallado

STT - Servicio de Telefonía Tradicional

STTC Space-Time Trellis Coding Codifcación de Trellis Espacio-Tiempo

SU-MIMO

Single-User MIMO MIMO para un solo usuario

TCP Transport Control Protocol Protocolo de Control de Transporte

TC-PAM Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation

Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation

TDMA Time Division Multiple Access Acceso Múltiple por División en el Tiempo

TKIP Temporal Key Intregity Protocol Protocolo de encriptación de WPA

TSF Terminal Synchroning Function Función de Sincronización entre Estaciones

UMTS Universal Mobile Telecommunication Service

Sistema Universal de Comunicaciones Móviles

USB Universal Serial Bus -

UTP Unshielded Twisted Pair Par cruzado sin apantallar

VLAN Virtual Local Area Network Red de Área Local Virtual

VoIP Voice over IP Voz IP

WEP Wired Equivalent Privacy Sistema de seguridad de redes WiFi

WI-FI Wireless Fidelity Fidelidad Inalámbrica

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas


272

WISP Wireless Internet Service Provider Proveedor de Servicios de Internet Inalámbrico

WLAN Wireless Local Area Network Redes de Área Local Inalámbricas

WLI Forum

Wireless LAN Interoperability Forum

Forum para la interoperabilidad de WLAN

WMAN Wireless Metropolitan Network Redes de Área Metropolitana Inalámbricas

WPA WiFi Protected Access Sistema de seguridad de redes WiFi

WPAN Wireless Personal Area Network Redes de Área Personal Inalámbricas

WWAN Wireless Wide Area Network Redes de Área Extensa Inalámbricas

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