Tecnologías Inalámbricas

El espectro de Frecuencias

Factores que afectan a las tecnologías inalámbricas

DISTANCIA DE UNA LÍNEA DE VISTA

ATENUACION DE LA SEÑAL

Cuanto más lejos estén los dispositivos entre ellos, la pérdida de señal será más grande.

𝑃𝑟 = 𝑃𝑡𝑐2

4𝜋𝑓𝑑 2

Donde:

Pt = potencia de la señal de la antena transmisora

Pr = potencia de la señal de la antena receptora

f = frecuencia de la onda portadora

d = distancia de propagación entre las antenas

c = velocidad de la luz (3 108 m/s)

ABSORCIÓN DE LA SEÑAL

DESVANECIMIENTO (FADING)

El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o más haces de la señal

transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente diferentes.

Las fuentes de propagación multi-trayecto son: Reflexión, Difracción y Scattering,

siendo sus posibles efectos:

Desvanecimiento multicamino

Degradación de la data.

Anulación de la señal.

DIVERSIDAD DE ESPACIO

DIVERSIDAD DE FRECUENCIA

Técnicas de Transmisión

SPREAD SPECTRUM (Espectro Ensanchado o Amplio)

Ventajas:

Resiste la interferencia intencional y no intencional

Tiene la capacidad de eliminar o aliviar el efecto de interferencia por trayectos múltiples

Se puede compartir la misma banda de frecuencia (superposición) con otros usuarios

Privacidad debido a la secuencia de pseudo código aleatorio (multiplexación por división

de código)

Desventajas:

Ancho de banda ineficiente

La implementación es algo más compleja

Dependiendo de la forma en que se utiliza el espectro de frecuencias, existen tres

tipos de sistemas de espectro ensanchado actualmente en uso:

Espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS)

Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS)

OFDM.

DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM (DSSS)

FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM (FHSS)

CODE DIVISION MULTIPLEXING (CDM)

ORTHOGONAL FREQUENCY-DIVISION MULTIPLEXING – (OFDM)

Protocolos LAN Wireless

Standard Año

Rate

Teorico

(Mbps)

Rate

Práctico

(Mbps)

Modulación

IEEE 802.11b (2.4 GHz) 1998 11 5,5 DSSS

IEEE 802.11a (5 GHz) 1999 54 20 OFDM

IEEE 802.11g (2.4 GHz) 2003 54 23 OFDM

IEEE 802.11n (2,4 y 5 GHz) 2007 450 200 OFDM

IEEE 802.11ac (5 GHz) 2014 1300 200-500 OFDM

El estándar 802.11 define dos modos operativos:

Modo de infraestructura

Modo ad-hoc

Método de acceso al medio

CSMA/CA (CSMA con Prevención de Colisiones).

802.11 posee en su capa de enlace dos funciones llamadas DCF (Función de Coordinación Distribuida) y PCF (Función de Coordinación Puntual)

DIFS = SIFS + (2 * Slot time)

StandardSlot time

(µs)

SIFS

(µs) DIFS (µs)AIFS

(µs)

CWmin CWmax

IEEE 802.11b (2.4 GHz) 20 10 50 - 31 1023

IEEE 802.11a (5 GHz) 9 16 34 - 15 1023

IEEE 802.11g (2.4 GHz) 9 10 28 - 15 1023

IEEE 802.11n (2,4 y 5 GHz) 9 16 34 WMM WMM WMM

IEEE 802.11ac (5 GHz) 9 16 34 WMM WMM WMM

PIFS = SIFS + SlotTime

Arbitrated InterFrame Spacing (AIFS)

Algoritmo binario exponencial truncado de Backoff(Truncated Binary Exponential Backoff)

Utiliza una ventana de contienda CW cuyo tamaño es un múltiplo aleatorio del Slot Time. Si finalizado el

tiempo de la ventana de contienda el medio continúa libre, entonces se transmite el frame.

Cada estándar WiFi tiene dos valores de ventana de contienda: CWmin y CWmax. El número aleatorio se

elegirá entre 0 y el valor de CWmin.

CW = n * Slot-Time

Donde 0 ≤ n ≤ CWmin

El algoritmo de Backoff se utiliza también en caso de colisión

Un timeout se produce cuando luego de:

ACK Timeout = Air Propagation Time (max) + SIFS + Time to transmit 14 byte ACK frame

[14 * 8 / bitrate in Mbps] + Air Propagation Time (max)

Donde el tiempo de propagación de aire para 300 metros es de 1 µs.

Cuando colisiona por primera vez la ventana de contienda se elige aleatoriamente

entre 0 y CWmin, incrementando su valor de acuerdo a:

CWactual = CWanterior * 2 + 1

Pudiendo tomar los siguientes valores:

1 – 3 – 7 – 15 – 31 – 63 – 127 – 255 – 511 – 1023

Estación Oculta / Expuesta

Para solucionar estos dos problemas, DCF implementa la técnica MACAW (multipleaccess with collision avoidance for Wireless).

Modo de Infraestructura

PCF (Función de Coordinación Puntual),

Frame 802.11

Cuando se diseñó el estándar 802.11 se pensó en dos tipos básicos de

servicios:

• BSS (Basic Service Set)

• ESS (Extended Service Set)

DS Distribution System es la infraestructura que interconecta múltiples APs

El BSSID (Basic Service Set Identifier) es un nombre de identificación único de todos los paquetes de una

AP para identificarlos como parte de esa red.

El BSSID se forma con la dirección MAC (Media Access Control) formada por 48 bits (6 bloques

hexadecimales), del punto de acceso inalámbrico (WAP, siglas del inglés Wireless Access Point) al que se

conecte.

El SSID (Service Set Identifier) es una secuencia de 0-32 octetos incluida en todos los paquetes de

una red inalámbrica para identificarlos como parte de esa red

Protocol versión (2b): por ahora 0.

Type (2b): indica si el frame es de control, management o data.

Subtype (4b): define el frame más precisamente,

• Management: Association Request/Response, Reassociation Request/Response, Disassociation,

Authentication, Beacon, Probe request (enviado por una estación para “scan” un SSID), Probe

response (enviado por cada dispositivo participante del SSID)

• Control: ACK, RTS, CTS, PS-poll (power save poll)

• Data: data, CF-poll, CF-ack,

To DS y From DS (1b c/u): estos campos determinan si el frame entra o abandona el ambiente

Wireless.

To DS From DS Descripción

0 0 El frame es parte de una red ad-hoc o no abandona el ambiente wireless

0 1 El frame entra desde el DS hacia una estación Wireless en el BSS

1 0 El frame abandona el ambiente Wireless hacia una estación en el DS

1 1 El frame va de una estación hacia el AP, que a su vez envía a otro AP para

retransmitir a la estación destino

MF (1b): more fragment, 1 hay más fragmentos, 0 único o último fragmento

Retry (1b): 1 es la retransmisión de un frame, 0 frame original.

PWR (1b): Indica (con 1) que tras esta trama la estación pondrá el interfaz en ahorro de energía

More (1b): El AP indica a la estación que tiene más datos para ella, que no entre en ahorro de energía.

Wep (1b): Protected Frame, indica si la trama va encriptada en el nivel de enlace.

Order (1b): Si se emplea ordenamiento estricto de las tramas.

Duration/ID (2B) Tiempo que el medio estará ocupado por la transmisión de la trama.

Una estación en ahorro de energía envía periódicamente una trama solicitando las tramas

acumuladas en el AP para ella (entonces este campo es el ID de su asociación con el AP)

Seq Ctrl (2B): Este campo contiene dos sub campos:

ToDS = FromDS = 0

Address 1 (receptor) = Dirección destino

Address 2 (transmisor) = Dirección origen

Address 3 = BSSID

Address 4 = No usada

Hacia el AP (ToDS = 1, FromDS = 0)

Address 1 (receptor) = BSSID

Address 2 (transmisor) = Dirección origen

Address 3 = Dirección destino (MAC estación destino)

Address 4 = No usada

Desde el AP (ToDS = 0, FromDS = 1)

Address 1 (receptor) = Dirección destino

Address 2 (transmisor) = BSSID

Address 3 = Dirección origen (MAC estación origen)

Address 4 = No usada

WDS (ToDS = 1, FromDS = 1)

Address 1 (receptor) = MAC AP destino

Address 2 (transmisor) = MAC AP origen

Address 3 = Dirección destino (MAC estación destino)

Address 4 = Dirección origen (MAC estación origen)

BSSID: MAC del interfaz Wi-Fi del AP identifica al BSS