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Estándares WLAN

Created on Friday, 28 June 2002 Last Updated on Thursday, 22 May 2014 Published on Thursday, 29 November 2007 Written by Evelio Martínez Martínez
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Publicado en la Revista RED Junio 2002.

Introducción
Muchas de las promesas de las tecnologías inalámbricas no han sido cumplidas satisfactoriamente hoy en día. Tecnologías móviles como Bluetooth o todo aquello relacionado con la tercer generación (3G) se han quedado como simples promesas con vagas expectativas. El arribo de tales tecnologías ha sido lento o han arribado fuera de tiempo o ambas.

En el terreno de la computación, la historia es diferente, lo inalámbrico ha tenido un gran auge en el mundo de las redes. Las redes inalámbricas (WLANs Wireless Local Area Network) se han extendido rápidamente y ampliamente a pesar de la recesión en la economía de las telecomunicaciones en el mundo.

En sus inicios, las aplicaciones de las redes inalámbricas fueron confinadas a industrias y grandes almacenes. Hoy en día, las redes WLANs son instaladas en universidades, oficinas, hogares y hasta en espacios públicos. Las WLANs típicamente consisten de computadoras portátiles [o de escritorio] que se conectan a dispositivos fijos llamados "puntos de acceso" (access points) vía señales de radio o infrarrojo. Las implementaciones de las WLANs abarca todas las modalidades posibles desde las PANs (Personal Area Networks), MANs (Metropolitan Area Network)... hasta las WANs (Wide Area Networks). Las PANs son redes inalámbricas de corto alcance, generalmente para uso en interiores a pocos metros. Mientras que las redes inalámbricas tipo WAN y MAN consisten de torres y antenas que transmiten ondas de radio o usan tecnología de microondas para conectar redes de área local, utilizando enlaces punto-punto y punto-multipunto.

Expertos en el campo siguen haciendo énfasis en los problemas inherentes de las tecnologías inalámbricas, tales como las limitaciones de ancho de banda disponible, problemas con interferencia y seguridad de la información transmitida. Sin embargo, muchas de esas barreras que han inhibido el crecimiento de la tecnología inalámbrica están siendo resueltos. Se están superando las cuestiones que giraron alrededor de la estandarización y un número creciente de compañías están ofreciendo una variedad de soluciones de hardware y software.

Los precios de los productos de WLANs han bajado dramáticamente. Por ejemplo, las tarjetas PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) que se utilizan en las laptops finalmente rompieron la barrera de los $100 dólares, comparados con los $500 dólares por tarjeta varios años atrás. Los Puntos de Acceso que costaban $1,500 dólares, hoy en día son más pequeños y además muchos incluyen funciones de enrutamiento y seguridad (firewall) y pueden comprarse hasta por $200 dólares. Si se desean funciones de administración, soporte de "roaming", seguridad más avanzada, más alcance, sólo hay que invertir unos cuantos dólares más.

Otra atracción importante de los productos WLAN es la interoperatibilidad. Gracias al desarrollo de estándares, pueden mezclarse dispositivos inalámbricos de diversos fabricantes haciendo un acceso más directo y transparente con la tecnología.



Los estándares de WLAN
Los estándares son desarrollados por organismos reconocidos internacionalmente, tal es el caso de la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) y la ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Una vez desarrollados se convierten en la base de los fabricantes para desarrollar sus productos.

Entre los principales estándares se encuentran:

    o IEEE 802.11: El estándar original de WLANs que soporta velocidades entre 1 y 2 Mbps.
    o IEEE 802.11a: El estándar de alta velocidad que soporta velocidades de hasta 54 Mbps en la banda de 5 GHz.
    o IEEE 802.11b: El estándar dominante de WLAN (conocido también como Wi-Fi) que soporta velocidades de hasta 11 Mbps en la banda de 2.4 GHz.
    o HiperLAN2: Estándar que compite con IEEE 802.11a al soportar velocidades de hasta 54 Mbps en la banda de 5 GHz.
    o HomeRF: Estándar que compite con el IEEE 802.11b que soporta velocidades de hasta 10 Mbps en la banda de 2.4 GHz.

Tabla 1 Principales estándares WLAN
Estándar Velocidad máxima Interface de aire Ancho de banda de canal Frecuencia Disponibilidad
802.11b 11 Mbps DSSS 25 MHz 2.4 GHz Ahora
802.11a 54 Mbps OFDM 25 MHz 5.0 GHz Ahora
802.11g 54 Mbps OFDM/DSSS 25 MHz 2.4 GHz Finales 2002
HomeRF2 10 Mbps FHSS 5 MHz 2.4 GHz Ahora
HiperLAN2 54 Mbps OFDM 25 MHz 5.0 GHz 2003
5-UP 108 Mbps OFDM 50 MHz 5.0 GHz 2003

DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum
5-UP: 5-GHz Unified Protocol (5-UP), Protocolo Unificado de 5 GHz propuesto por Atheros Communications

El gran éxito de las WLANs es que utilizan frecuencias de uso libre, es decir no es necesario pedir autorización o algún permiso para utilizarlas. Aunque hay que tener en mente, que la normatividad acerca de la administración del espectro varia de país a país. La desventaja de utilizar este tipo de bandas de frecuencias es que las comunicaciones son propensas a interferencias y errores de transmisión. Estos errores ocasionan que sean reenviados una y otra vez los paquetes de información. Una razón de error del 50% ocasiona que se reduzca el caudal eficaz real (throughput) dos terceras partes aproximadamente. Por eso la velocidad máxima especificada teóricamente no es tal en la realidad. Si la especificación IEEE 802.11b nos dice que la velocidad máxima es 11 Mbps, entonces el máximo caudal eficaz será aproximadamente 6 Mbps y menos.

Para reducir errores, el 802.11a y el 802.11b automáticamente reducen la velocidad de información de la capa física. Así por ejemplo, el 802.11b tiene tres velocidades de información (5.5, 2 y 1 Mbps) y el 802.11a tiene 7 (48, 36, 24, 18, 12, 9 y 6 Mbps). La velocidad máxima permisible [ver tabla 1] sólo es disponible en un ambiente libre de interferencia y a muy corta distancia.

La transmisión a mayor velocidad del 802.11a no es la única ventaja con respecto al 802.11b. También utiliza un intervalo de frecuencia más alto de 5 GHz.

Esta banda es más ancha y menos atestada que la banda de 2.4 GHz que el 802.11b comparte con teléfonos inalámbricos, hornos de microondas, dispositivos Bluetooth, etc. Una banda más ancha significa que más canales de radio pueden coexistir sin interferencia.

Si bien, la banda de 5 GHz tiene muchas ventajas, también tiene sus problemas. Las diferentes frecuencias que utilizan ambos sistemas significa que los productos basados en 802.11a son no interoperables con los 802.11b. Esto significa que aunque no se interfieran entre sí, por estar en diferentes bandas de frecuencias, los dispositivos no pueden comunicarse entre ellos. Para evitar esto, la IEEE desarrolló un nuevo estándar conocido como 802.11g, el cual extenderá la velocidad y el intervalo de frecuencias del 802.11b para así hacerlo totalmente compatible con los sistemas anteriores. Sin embargo, no será más rápido que el estándar 802.11a y según políticas de los fabricantes han retardado el estándar 801.11g y se espera que sea ratificado hasta finales del 2002. La demora en la ratificación del 802.11g ha obligado a muchos fabricantes irse directamente por el 802.11a donde existe una gran variedad de fabricantes de chips [circuitos integrados] tales como Atheros, National Semiconductor, Resonext, Envara, inclusive Cisco Systems quien adquirió a Radiata, la primer compañía en desarrollar un prototipo en 802.11a en el 2000.

Como otro intento de permitir la interoperatibilidad entre los dispositivos de bajas y altas velocidades, la compañía Atheros Comunications, Inc. (http://www.atheros.com/) propuso unas mejoras a los estándares de WLANs de la IEEE y la ETSI. Este nuevo estándar conocido como 5-UP (5 GHz Unified Protocol) permitirá la comunicación entre dispositivos mediante un protocolo unificado a velocidades de hasta 108 Mbps.

Ambas especificaciones, la 802.11a (IEEE) y la HiperLAN2 (ETSI) son para WLANs de alta velocidad que operan en el intervalo de frecuencias de 5.15 a 5.35 GHz. Hasta el momento, no hay productos que se estén vendiendo bajo esas nuevas especificaciones. La propuesta de Atheros es para mejorar esos protocolos y proveer compatibilidad hacia atrás para productos que cumplan con las especificaciones existentes, además de permitir nuevas capacidades. El radioespectro asignado para el 802.11a y el HiperLAN2 es dividido en 8 segmentos o canales de 20 MHz cada uno. Cada canal soporta un cierto número de dispositivos; dispositivos individuales pueden transitar a través de segmentos de red como si fueran teléfonos móviles de una estación a otra. Este espectro de 20 MHz para un segmento de red soporta 54 Mbps de caudal eficaz compartido entre los dispositivos en el segmento en un tiempo dado.

La velocidad no es como la pintan
Como se había visto anteriormente, 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. La mayoría de las redes 802.11b pueden alcanzar oficialmente distancias hasta 100 metros en interiores. Con una mayor potencia se puede extender esa longitud, aunque en interiores al limitarse la potencia de transmisión, paredes y otros objetos pueden interferir la señal. En la realidad una WLAN en ambientes exteriores en comunicación punto a punto pueden alcanzar varios kilómetros, mientras exista línea de vista y libre de interferencia. Bajo este esquema se utiliza el método conocido como DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) para transmitir datos entre los dos puntos. La comunicación se establece conectando en un lado un equipo conocido como Wireless Bridge [puente inalámbrico] y en el otro extremo un Access Point [punto de acceso], ambos equipos conectados directamente a una antena de espectro disperso. La salida de estos equipos hacia la red local viene en ETHERNET con interface RJ45 por lo que se puede conectar directamente un concentrador [hub] o un conmutador de paquetes [switch], en donde se conectarán las computadoras de nuestra red.

HomeRF, otra tecnología más de WLANs
HomeRF es otra organización que ha desarrollado sus propios estándares para entrar de lleno al mundo de las redes inalámbricas. HomeRF ha sido desarrollado por el grupo de trabajo Home Radio Frequency, el cual está conformado por más de 50 compañías lideres en el ámbito mundial en las áreas de redes, periféricos, comunicaciones, software, semiconductores, etc. Este grupo fue fundado en marzo de 1988 para promover de manera masiva dispositivos de voz, datos y video alrededor de los hogares de manera inalámbrica. En el otoño del 2001, se anunció la formación un grupo de trabajo europeo de HomeRF enfocado hacia el mercado europeo. HomeRF es la tecnología que compite directamente con los productos de la IEEE 802.11b y Bluetooth en la banda de 2.4 GHz. La velocidad máxima de HomeRF es 10 Mbps, ideal para las aplicaciones caseras, aunque se manejan otras velocidades de 5, 1.6 y 0.8 Mbps. Según el grupo de trabajo, HomeRF es más ofrece más seguridad, los dispositivos consumen menos potencia que los productos de las tecnologías contrincantes, además de permitir aplicaciones para telefonía y video.

IEEE finalmente aprueba Bluetooth
Durante la ultima semana del mes de marzo del 2002 la IEEE aprobó finalmente el estándar IEEE 802.15.1 compatible totalmente con la tecnología Bluetooth v1.1. En este estándar se definen las especificaciones de la capa física y MAC (medium access control) para las redes WPANs (Wireless PAN). Bluetooth (http://www.bluetooth.com/) es una tecnología inalámbrica que permite conmunicaciones entre computadoras portátiles, PDAs (Personal Digital Assistants), teléfonos celulares y otros dispositivos portátiles en un área relativamente pequeña. Bluetooth SIG (Special Interest Group) esta formado por un grupo de compañías de diferentes áreas de la industria (e.g. telecomunicaciones, redes, computación) entre las que se encuentran 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Agere, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba, así como más de 100 asociados y otras compañías promotoras de la tecnología. El nuevo estándar permitirá una mayor validez y soporte en el mercado de las especificaciones de Bluetooth, además es un recurso adicional para aquellos que implementen dispositivos basados en esta tecnología. Anteriormente a la estandarización, dispositivos Bluetooth no podían coexistir con los dispositivos basados en IEEE 802.11b debido a que ambos se interferían entre sí.

Un futuro prometedor para los chips de WLAN
A pesar de la crisis económica que atraviesa el mundo, los envíos de chips de WLAN continuarán incrementándose en los próximos años, según un estudio reciente de la compañía consultora In-Stat/MDR (http://www.instat.com/). Según este estudio, en el 2001 se vendieron mundialmente 8 millones de chips resultando ganancias en el orden de $217 millones de dólares. El número de unidades vendidas se incrementará 14 millones proyectándose $324.5 millones de dólares de ganancias a finales del 2002, casi el 50% de incremento que el año anterior. De la misma manera se predice que las cifras se irán incrementando en los próximos años. Según In-Stat/MDR, en el 2006 se venderán más de 13 millones de chips basados en el estándar 802.11a en el mercado residencial. Las tecnologías más demandantes serán la IEEE 802.11a y la 802.11g las cuales ofrecen velocidades de hasta 54 Mbps y cuyos productos estarán disponibles muy pronto. El reporte de In-Stat/MDR da un punto de vista de 22 compañías que fabrican chips de WLAN y productos asociados tanto para hogares como para empresas, haciendo un análisis de su lugar en el mercado.

Conclusión

Las soluciones a las redes inalámbricas están disponibles hoy en día y es sólo el principio de una tendencia creciente. El estándar 802.11a, HiperLAN2 así como el 802.11g prometen un gran ancho de banda para permitir un sinfín de nuevas aplicaciones. Aunque todavía existen varios obstáculos que hay que vencer como la seguridad e interferencia, las WLANs ofrecen por lo pronto una comunicación eficiente tanto en interiores como exteriores. Los precios de los productos WLAN han estado reduciendo enormemente, y estos precios continuarán bajando conforme se alcance el consumo masivo del software y hardware basados en tecnologías inalámbricas.

Cuando se evalúa una solución inalámbrica que satisfaga nuestras necesidades de comunicación es muy importante tener en cuenta los estándares y tecnologías de más penetración. Esta sabia decisión ahorrará dinero, tiempo y problemas de incompatibilidad y nos brindará comunicación rápida, eficiente y transparente.

REFERENCIAS
IEEE Wireless Standards Zone
http://standards.ieee.org/wireless/

Hiperlan2 Global Forum
http://www.hiperlan2.com/

Atheros Communications
http://www.atheros.com/

HomeRF Working Group
http://www.homerf.org/


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