Transcript Institución Universitaria de Envigado Facultad de Ingenierías Ingeniería Electrónica Docente: José Jaime Cárdenas Tamayo • Tecnologías Inalámbricas: + Introducción + Objetivo + Conceptos generales redes inalámbricas Introducción a: +

Institución Universitaria de Envigado
Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
Docente: José Jaime Cárdenas Tamayo
• Tecnologías Inalámbricas:
+ Introducción
+ Objetivo
+ Conceptos generales redes inalámbricas
Introducción a:
+ Bluetooth
+ Wifi
+Wimax
La tecnología inalámbrica se ha convertido en la
más progresiva y dinámica área de las
Telecomunicaciones e interconexión de redes.
El rápido crecimiento del uso de la telefonía móvil,
los servicios satelitales y ahora, el internet
inalámbrico, y las WLAN, están generando
grandes cambios en las telecomunicaciones e
interconexión de redes.
Ofrecer una conceptualización general de la
teoría básica de las comunicaciones
inalámbricas, haciendo énfasis en la
aplicabilidad de estos sistemas en la
implementación de redes empresariales o
corporativas, que permitan el manejo de los
componentes fundamentales de la
información: voz, datos y video.
WAN
(Wide Area Network)
MAN
(Metropolitan Area Network)
LAN
(Local Area Network)
PAN
(Personal Area
Network)
PAN
LAN
MAN
WAN
Estándares
802.15
Bluetooth
802.11
Wi-Fi, HiperLAN2
802.11
MMDS, LMDS
GSM, GPRS,
CDMA, 2.5-3G
Velocidad
< 1Mbps
11 a 54 Mbps
11 a 100+ Mbps
10 a 384Kbps
Corto
Medio
Medio-Largo
Largo
Punto a punto
Dispositivo a
dispositivo
Redes
empresariales
Reemplazo al T1,
acceso de última
milla
Teléfonos móviles
Alcance
Aplicaciones
Radio de onda corta Radiodifusión FM
Radiodifusión AM
Televisión
Celular 840 MHz
Audio
NPCS 1.9 GHz
WLAN infrarojas
Extremada
Muy
Muy Ultra Super
mente
Baja Media Alta
Infrarojo Luz Ultra- Rayos
baja
alta alta alta
visible violeta
X
baja
902–928 MHz
26 MHz
2.4–2.4835 GHz
83.5 MHz
IEEE 802.11b
5 GHz
IEEE 802.11a
HyperLAN
HyperLAN2
• La portadora es una señal de banda ancha
pseudo-aleatoria.
• El ancho de banda de la portadora es mucho más
amplio que el ancho de banda de los datos de
interés.
• La expansión del espectro se realiza mediante el
uso de un código, el cual es necesario también en
el receptor para recuperar la señal original.
Introducción
• Mayor ancho de banda de transmisión, con densidad
espectral más baja y mayor rechazo a interferencias
que operan en la misma banda.
• Capacidad anti-bloqueo por utilizar una portadora
imprevisible.
• Los pares transmisor-receptor con portadoras
aleatorias independienes pueden operar en el mismo
ancho de banda con mínima interferencia cocanal.
Características
• Capacidades criptográficas debido a que la
portadora es aleatoria para los observadores no
deseados.
• Capacidad de compartir el espectro con sistemas
de banda angosta convencionales.
• Mayor confiabilidad en medios ruidosos y ante la
presencia de desvanecimientos selectivos.
Datos de
entrada
Codificador de
canal
Modulador
Codigo de Difusión
Generador de
Pseudo-ruido
CANAL
Demodulador
Decodificador de
canal
Código de difusión
Generador de
Pseuso-ruido
MODELO GENERAL DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN SPREAD SPECTRUM
Datos de
salida
Frequency Hopping
100 Mw
Mhz
100 Mw
Mhz
P
O
T
E
N
C
I
A
1 Sec
1 Mw
MHz
2.402 GHz
Direct Sequence
1 Ms
FRECUENCIA
2.483 GHz
P
O
T
E
N
C
I
A
1 Mw
Mhz
2.402 GHz
1 Sec
1 Ms
22
FRECUENCIA
2.483 GHz
Frequency Hopping
Señal difundida señales aleatorias saltando de f. en f. intervalos fijos.
Rx, detecta mensaje saltando de f. en f. en sincronización con Tx.
Otros Rx escuchan sonidos ininteligibles.
Energía
5 2 3 6 1 7 4
Frecuencia
f7
f6
f5
f4
f3
f2
f1
f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7
f
1 2 3 4 5 6 7
EJEMPLO DE “FREQUENCY HOPPING”
Tiempo
Frequency Hopping
9
–Tiene 79 canales de
7
Tiempo
1MHz cada uno
–Se producen cambios
de frecuencia al menos
cada 0.4 segundos
–Se requiere
sincronización de los
saltos
8
6
5
4
3
2
1
2.400 GHz
2.483 GHz
Frecuencia
Direct Sequence
• Utiliza una secuencia pseudo-aleatoria digital o
código con una velocidad de transmisión muy
superior a la velocidad de la señal de
información. Se transmite como una
secuencia pseudo-aleatoria de datos
codificados que produce un espectro
semejante al ruido.
Direct Sequence
•
Cada bit señal original múltiples bits en señal Tx (código difusión)
•
Código Difusión señal a través banda de frecuencia en proporción directa al
número de bits usados
Datos
Binarios
Modulador
BPSK
Señal SS
Sd(t)
Sd(t)
C(t)
DIFUSOR DS
S(t)
Demodulador
BPSK
C(t)
DE-DIFUSOR DS
Fuente de bit
Pseudo-ruido
Fuente de bit
Pseudo-ruido
a) Transmisor
b) Receptor
SISTEMA DSSS
Datos
Binarios
Direct Sequence (Canales 802.11)
– Tiene 11 canales
estacionarios de 22 MHz
– Rata de datos de hasta
11Mbps
– 3 canales sin
solapamiento
– Hasta 3 Access Points
pueden estar en la misma
área
Canal
10
5
4
9
3
8
2
1
2400
7
6
2437
Frecuencia [MHz]
11
2483
Direct Sequence (Modulación)
– Cada bit se convierte en una cadena de bits (secuencia),
transmitida en paralelo a través de una amplia gama de
frecuencias
– La mínima tasa de datos regida por la FCC es 10 bits para 1
y 2MB (BPSK/QPSK) y 8 bits para 11Mb (CCK).
Si el dato fuese: 1001
Cadena de bits es: 1=00110011011
0=11001100100
El dato a transmitir sería:
00110011011
1
11001100100
0
11001100100 00110011011
0
1
Direct Sequence (Escalabilidad)
Blue = 11Mb
Total Bandwidth=33Mb!!!
Green = 11Mb
Red = 11Mb
Comparación de Escalabilidad
Throughput (Mbps)
Scalability - FH vs DS
35
30
1.6 Mbps FH
2 Mbps FH
11 Mbps DS
2 Mbps DS
25
20
15
10
5
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Number Access Points
• Las WPANs son redes
inalámbricas de corto
alcance. Su uso tiene
como objetivo crear
conexiones
inalámbricas entre
dispositivos pequeños y
portátiles
La norma primordial que rige la
comunicación inalámbrica bluetooth es la
802.15 de la IEEE que es la que rige para
los sistemas de comunicaciones
inalámbricas de corto alcance.
La otra norma que rige las comunicaciones
inalámbricas es la 805.11de la IEEE
Bluetooth es un enlace de radio de corto
alcance, bajo costo, baja complejidad y
potencia, optimizado para el ahorro de
energía; para ofrecer conectividad inalámbrica
entre dispositivos móviles y puntos de acceso
a redes alambradas e inalámbricas de área
local o área extensa.
Los dispositivos pueden trabajar en un área de
10 a 100 metros
Puede operar a una velocidad 1Mbps, pero lo más
común es que se trabaje a 720Kbits/s en la banda
ISM en la frecuencia de 2.4 GHz; soporta canales
asíncronos para la transmisión de datos y síncronos
para el envío de voz.
Dichas facilidades permiten que un amplio rango de
aplicaciones y de dispositivos trabajen en una
WPAN. Tiene siete canales dedicados a la
transmisión de datos y tres canales de voz a 64Kbps.
Está basado en tecnología Spread Spectrum
(espectro esparcido), concretamente en
Frequency Hopping (salto de frecuencia). Es
decir FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum).
Los canales de salto están separados 625s.
Aplicaciones
Topologías
La topología utilizada
para estos dispositivos
es la estrella porque
cuando se establece
una comunicación
entre dispositivos
Bluetooth, uno de
ellos es el maestro y
los de demás
dispositivos funcionan
como esclavos.
Modos de conexión
1. Modo activo: dispositivos que se encuentran en
forma sincronizada para enviar y recibir los
paquetes de información
2. Modo Hold (espera):dispositivos que sirven de
esclavos a los esclavos cuando no hay envió de
información estos puedan transmitir la información
sin mucho consumo de energía
Modos de conexión
3. Modo Park (aparcado): este permanece en la red
leyendo lo que hay pero no participando del
envió de datos
4. Modo Sniff: reduce la fuerza con la que escucha
en la red de esta forma reduce su consumo.
Todos estos trabajan para un sistema llamado picorred que es una red
de dispositivos bluetooth y compatibles con estos
PERFILES BLUETOOTH
1.1 Advanced Audio Distribution Profile (A2DP)
1.15 Handree Profile (HFP)
1.2 Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP)
1.16 Human Interface Device Profile (HID)
1.3 Basic Imaging Profile (BIP)
1.17 Headset Profile (HSP)
1.4 Basic Printing Profile (BPP)
1.18 Intercom Profile (ICP)
1.5 Common ISDN Access Profile (CIP)
1.19 Object Push Profile (OPP)
1.6 Cordless Telephony Profile (CTP)
1.20 Personal Area Networking Profile (PAN)
1.7 Device ID Profile (DID)
1.21 Phone Book Access Profile (PBAP)
1.8 Diap Networking Profile (DUN)
1.22 Serial Port Profile (SPP)
1.9 Fax Profile (FAX)
1.23 Service Discovery Profile (SDAP)
1.10 File Transfer Profile (FTP)
1.24 SIM Access Profile (SAP, SIM)
1.11 General Audio/Video Distribution Profile
1.25 Synchronisation Profile (SYNCH)
(GAVDP)
1.12 Generic Access Profile (GAP)
1.26 Video Distribution Profile (VDP)
1.13 Generic Object Exchange Profile (GOEP)
1.27 Wireless Application Protocol Bearer (WAPB)
1.14 Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP)
• Las LANs cableadas requieren que los
usuarios estén en un lugar determinado y
se mantengan ahí. Las WLAN son una
extensión de las redes cableadas y son
usadas para dar movilidad a los clientes
de la red o para satisfacer las necesidades
de acceso a los recursos en un entorno
dinámico.
Distancia vs velocidad
1 Mbps DSSS
2 Mbps DSSS
5.5 Mbps DSSS
11 Mbps DSSS
Channel Setup
Channel 1
Channel 11
Channel 6
Channel 11
Channel 6
Channel 6
Channel 1
Channel 11
Channel 1
Channel 11
Precaución al realizar un “Survey”
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
5.5 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
Dos implementaciones diferentes para WLAN
Wireless LAN (WLAN) como
extensión de una red cableada
Hub
Hub
Servidor
Switch
Internet
Bridge de Grupo de trabajo
Access Point
Topologías Típicas
Channel 1
Channel 6
LAN Backbone
Access Point
Wireless Clients
Access Point
Wireless Clients
Topologías Típicas
Topología Punto a punto
(ad hoc mode)
Wireless “Cell”
Wireless Clients
Modem
Topologías Típicas
Configuración: Punto a Punto
Building A
Building B
Optional
Antenna
Optional
Antenna
Bridge
Ethernet
0 to 25 miles
(line of sight)
Topologías Típicas
Ethernet
Building A
Configuración:
Punto -Multipunto
Bridge
Omni-directional Antenna
Building B
Building C
Directional
Antenna
Directional
Antenna
Topologías Típicas
Bridge
PCI Card
Access Point
configurado
como Bridge
Work Group Bridge
Bridge
Hub
Topologías Típicas
Configuración: Repetidor
Channel 1
LAN Backbone
Channel 1
Access Point
Wireless Clients
Access Point
Topologías Típicas
LAN Backbone
Monitored AP
Standby AP
Wireless Clients
Configuración: Hot Standby
Rangos de cobertura típicos de un Access Point
Ambiente
Rango máximo
Rango a 11 Mbps
Exteriores / espacio
abierto con antena
estándar
230 – 305 mts
(750 – 1000 ft)
45 – 107 mts
(150 – 350 ft)
Oficina / con sistema
de iluminación
industrial
76 – 107 mts
(250 – 350 ft)
30 – 45 mts
(100 – 150 ft)
Residencial
38 – 61 mts
(125 – 200 ft)
19 – 24 mts
(60 – 80 ft)
Los estándares 802.11
•
•
•
•
•
•
•
802.11a:
802.11b:
802.11d:
802.11e:
802.11f:
802.11g:
802.11h:
• 802.11i:
• 802.11k:
Banda de 5 GHz @ 54 Mbps
Banda de 2.4 GHz @ 11 Mbps
Multiple regulatory domains
Quality of Service (QoS)
Inter-Access Point Protocol (IAPP)
Banda de 2.4 GHz @ 54 Mbps
Dynamic Frequency Selection (DFS) y
Transmit Power Control (TPC)
Seguridad
Medición
Es un sistema de transmisión de datos diseñado para
proveer una red con acceso independiente de la
ubicación entre los distintos equipos de cómputo
usando las ondas de radio en lugar de la infraestructura
de cable.
Generalidades
• El término WiMAX (Worldwide Interoperability for
Microwave Access) se ha convertido en sinónimo del
estándar IEEE 802.16 Wireless Metropolitan Area
Network (MAN).
• los sistemas WiMAX proveen una alternativa
inalámbrica para las convencionales líneas DSL y cable
en áreas donde la tecnología este disponible
fácilmente.
Estándar
• Originalmente
el
estándar
802.16 direcciona aplicaciones
en bandas licenciadas en el
rango de frecuencia desde 10
hasta 66 GHz. Posteriormente
se ha extendido el estándar
802.16 para cubrir aplicaciones
que no están en línea de vista
(NLOS) en bandas con y sin
licencia en rangos de frecuencia
menores de 11 GHz.
¿Qué es?
• La tecnología WiMAX es una solución de acceso con un
buen ancho de banda en áreas más allá de la cobertura
de DSL y cable. La creciente evolución del estándar IEEE
802.16 expandirá el estándar a las aplicaciones móviles
habilitando el acceso directamente desde dispositivos
portátiles WiMAX, como teléfonos inteligentes y PDAs a
notebooks y laptops.
Arquitectura
• Está configurada en su gran mayoría como una red celular
tradicional con estaciones base localizadas estratégicamente
usando una arquitectura punto a multipunto para enviar
servicios en un radio de varios kilómetros dependiendo de la
frecuencia, potencia de transmisión y sensibilidad del
receptor.
• Las estaciones base están comúnmente ligadas con la red
central por líneas de fibra o enlaces microonda punto a
punto a nodos disponibles o vía líneas arrendadas desde un
operador de línea obligatorio.
Características
• El rango y la capacidad hace esta
tecnología igualmente atractiva en
costo y efectividad en una gran
variedad de ambientes. La tecnología
fue vista desde el principio como la
solución para brindar accesos
inalámbricos al último tramo en the
Metropolitan Area Network (MAN)
con performance y servicios
comparables o mejores que el
tradicional DSL, Cable or T1/E1
servicios de línea alquilados.
Características
• WiMAX utiliza frecuencias desde 10GHz
a 66GHz y cubre el rango de bandas
desde 2GHz a 11GHz.
• Los canales de WiMAX tienen un rango
de tamaño desde 1.5 a 20MHz, WiMAX
ofrece una red flexible para soportar
una variedad de ratas de transmisión de
datos como T1 (1.5Mbps) y ratas de
transmisión de datos mayores de
70Mbps en un canal sencillo que puede
soportar miles de usuarios.
Características
• La flexibilidad de WiMAX permite
adaptarse al espectro disponible y
anchos de canal en diferentes
países o licenciar a diferentes
proveedores de servicios.
• WiMAX soporta servicios ATM,
IPv4, IPv6, Ethernet, and VLAN.
Asi, puede ofrecer una opción de
posibilidad de servicios para voz y
datos.
802.16 Applicaciones
3
2
FRACTIONAL T1 for
SMALL BUSINESS BACKHAUL for
HOTSPOTS
RESIDENTIAL & SoHo DSL
T1+ LEVEL SERVICE
ENTERPRISE
BACKHAUL
ALWAYS BEST CONNECTED
1
802.16
Multi-Point
BACKHAUL
802.11
802.11
802.11
4
• Comunicaciones inalámbricas. Un enfoque aplicado, David Roldán
Martínez, Editorial Ra-ma, 384 páginas, ISBN: 8478976213 ISBN-13:
9788478976218.
• Networking Fundamentals, Ingeniero Telmex, CTT Corporation, 2008.
• Manual de redes inalámbricas, Seide Ron; Reid Neil, McGRAWHILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S.A.U., ISBN: 970104147X ISBN-13:
9789701041475
• Wi-Fi. Cómo construir una red inalámbrica, José A. Carballar Falcón,
Editorial Ra-ma, ISBN: 8478976302 ISBN-13: 9788478976300
• Documentación CCNA, CCNP, Cisco Networks.