Resumen— El trabajo aquí presentado es una pequeña

recopilación sobre el estándar de comunicaciones 802.11 de la

IEEE que se centra en las LAN sin cables o más bien conocidas

como Wireless LAN.

De manera general se explicaran algunas de las características

más importantes del protocolo, tales como: La arquitectura, La

capa física y El nivel de enlace de datos. También se incluirá un

breve recorrido, detallando características, ventajas y

desventajas de los estándares de acceso inalámbrico de la familia

802.11 aprobados por la IEEE.

Temas claves— Redes inalámbricas, WLAN, radiofrecuencias,

subcapa MAC, subcapa LLC, algoritmo CSMA/CA, FHSS, DSSS,

PFC, DFC.

I. INTRODUCCIÓN

Las diferentes necesidades de la sociedad han llevado a

desarrollar diferentes tecnologías, las cuales no deben ser

desarrolladas sin regulación alguna, dado que se generan aun

mas limitaciones e cuanto a implementación y desarrollo, es

en este punto en donde nacen los estándares los cuales son

especificaciones que regulan la realización de ciertos procesos

o la fabricación de componentes para garantizar la

interoperabilidad.

En las telecomunicaciones las necesidades de comunicación han llevado a desarrollar diferentes tecnologías, inicialmente

mediante medios guiados, pero con el tiempo han aparecido

limitaciones y necesidades, las cuales han llevado a desarrollar

tecnologías mediante medios no guiados o más bien conocidas

como inalámbricas.

Entre las tecnologías de medios no guiados encontramos las

LAN Inalámbricas o también conocidas como Wireless LANs,

cuya función principal es proporcionar conectividad y acceso

a las tradicionales redes cableadas, pero con la flexibilidad y

movilidad que ofrecen las comunicaciones inalámbricas. Estos sistemas (WLAN) están consolidados mediante el estándar

IEEE 802.11 desde el mes de junio del año 1997. En este

estándar se encuentran las especificaciones tanto físicas como

a nivel MAC que hay que tener en cuenta a la hora de

implementar una red de área local inalámbrica.

Los estándares a menudo son extendidos obteniendo diferentes

modificaciones y mejoras, es así como el estándar IEEE

802.11 no es excepción a esta regla, y para el cual han surgido

nuevas especificaciones las cuales se pretenden explicar en

este documento.

II. EL ESTANDAR 802.11

El estándar IEEE 802.11 define especificaciones para una

LAN inalámbrica, el cual cubre los dos primeros niveles del

modelo OSI, físico y de enlace de datos.

A. Arquitectura

Dentro de la arquitectura del estándar IEEE 802.11 están

definidos dos conjuntos de servicios, conjunto de servicios

básicos (BSS) y el conjunto de servicios ampliados (ESS).

El conjunto de servicios básicos es definido por IEEE

802.11 como el conjunto constructivo de una LAN

inalámbrica, este esta compuesto por estaciones fijas, móviles

y en algunas ocasiones por una estación base llamada punto de acceso (AP).

Aquellas LAN inalámbricas sin AP son denominadas

arquitectura ad hoc, son redes BSS aisladas y no pueden

enviar datos a otra BSS, por otro lado aquellas BSS con punto

de acceso son regularmente conocidas como redes con

infraestructura [1].

Fig. 1. Ad hoc Fig. 2. Red con infraestructura

Dos o mas redes BSS interconectadas mediante un sistema

de distribución a través de los AP, estas son denominadas

conjunto de servicios ampliados (ESS), en este contexto y

dado que los puntos de acceso son interconectados por cable

Estándar IEEE 802.11

Wireless LAN

Diego Alejandro Villegas Oliveros, Estudiante de Ingeniería Telemática, Universidad Icesi

formando parte de una LAN estaríamos hablando de dos tipos

de estaciones móviles (estaciones dentro de las BSS) y fijas

(Puntos de acceso AP) [1].

Un ESS permite la comunicación entre estaciones ubicadas

en diferentes BSS mediante el AP y el sistema de distribución, cabe anotar que una estación puede pertenecer a dos BSS al

mismo tiempo [1], [2].

Fig. 3. ESS

B. Capa Física

La capa física del estándar 802.11 nos ofrece tres tipos de

codificación de información: Frecuency Hopping Spread

Spectrum (FHSS) (Espectro Expandido por Salto de

Frecuencia), Direct Sequense Spread Spectrum (DSSS)

(Espectro Expandido por secuencia directa), e Infrared (IR)

(infrarrojo).

El FHSS es una técnica de modulación en espectro

ensanchado en el que la señal se emite sobre una serie de

radiofrecuencias aparentemente aleatorias, saltando de frecuencia en frecuencia utilizando una secuencia pseudo

aleatoria almacenada en unas tablas, y que tanto el emisor y el

receptor deben conocer [2], [3]. Este tipo de transmisión en

espectro ensanchado ofrece 3 ventajas principales:

1. Las señales son altamente resistentes al ruido y a la interferencia.

2. Las señales en son difíciles de interceptar.

3. Las transmisiones pueden compartir una banda de

frecuencia con muchos tipos de transmisiones.

Fig. 4. Espectro expandido por salto de frecuencia (FHSS)

El DSSS es una técnica que consiste en la generación de un

patrón de bits redundante, conocido como señal de chip o

chipping, para cada uno de los bits que componen la señal de

información y la posterior modulación de la señal resultante

mediante una portadora de radiofrecuencia [2]. En recepción

es necesario realizar el proceso inverso para obtener la señal

de información original. Si uno o más bits en la señal de chip

se dañan durante la transmisión, no es necesaria la

retransmisión pues a través del chipping se envía información

redundante y esto permite verificar errores e incluso

corregirlos durante las transmisiones [3].

La secuencia de bits utilizada para modular cada uno de los

bits de información es la llamada secuencia de Barker y tiene

la siguiente forma:

1- 1,- 1,- 1, 1, 1, 1,- 1, 1, 1,- 1,

WLAN por Infrarrojos utiliza luz infrarroja en el rango de

los 800 a 950 nm. Utiliza una técnica denominada modulación por posición de pulsos (PPM). La modulación PPM consiste

en transmitir pulsos de amplitud constante y codificar

información según la posición del pulso. La codificación

infrarroja nos Proporciona velocidades de transmisión de

1Mbps para una modulación de 16ppm y de 2Mbps para

4ppm. Esta tecnología es aplicada típicamente en entornos de

interior para implementar enlaces punto a punto de corto

alcance o redes locales en entornos muy localizados como

puede ser una aula concreta o un laboratorio [1].

C. Nivel de enlace de datos

El nivel de enlace de datos del estándar 802.11 esta

compuesta por dos subcapas: la capa de control de enlace

lógico (LLC) y la capa de control de acceso al medio (MAC)

Fig. 5. Nivel Enlace de datos

Subcapa LLC

Establece y finaliza los enlaces, controla el tráfico de

tramas, secuencia las tramas y confirma la recepción de las

tramas.

La subcapa LLC gestiona la comunicación de enlace de datos

y define el uso de los puntos de acceso AP. Otros equipos

pueden hacer referencia y utilizar los AP para transferir

información desde el subnivel LLC hacia los niveles

superiores del modelo OSI.

El nivel LLC, definido en el estándar 802.2, es el mismo para

cualquier tipo de adaptador de red, y es independiente del

dispositivo y del medio físico [4].

Fig. 6. Subnivel LLC

Subcapa MAC

El acceso al medio inalámbrico es coordinado mediante

funciones de coordinación nos definen dos funciones, una

denominada función de coordinación distribuida (DCF) y la

otra función de coordinación puntual (PFC)

Fig. 7. Arquitectura MAC

Función de coordinación Distribuida

La función de coordinación distribuida (DFC) de termina

dentro de un conjunto básico de servicios (BSS), cuando una

estación puede transmitir o recibir unidades de datos de

protocolo a nivel MAC a través del medio inalámbrico, su

funcionamiento se basa en técnicas de acceso aleatorias por

contienda al medio, debido a que técnicas de contienda

introducen retardos aleatorios y no predecibles el trafico

transmitido bajo esta funcionalidad es asíncrono.

La función DFC utiliza CSMA/CA (acceso múltiple por

detección de portadora con evasión de colisiones) como

protocolo de acceso al medio. Cada equipo anuncia su

intención de transmitir antes de hacerlo para evitar colisiones

entre los paquetes de datos, dado que las WLAN no cuentan

con un modo práctico para transmitir y recibir

simultáneamente.

Para enviar una trama, el equipo origen primero detecta el

estado del canal (libre u ocupado), si esta libre espera un

periodo de tiempo conocido como espacio entre tramas

distribuido (DIFS), a continuación envía una trama corta de

control de solicitud de transmisión RTS (Request To Send). El

destino recibe esta trama significa y espera un periodo de

tiempo llamado espacio corto entre tramas (SIFS) y devuelve

una trama de contestación: preparado para transmitir CTS

(Clear To Send) o receptor ocupado (RxBUSY). Si la

respuesta es afirmativa el equipo origen espera un tiempo

SIFS y transmite la trama en espera (DATA). Si el equipo

destino recibe correctamente el mensaje, espera una cantidad

de tiempo SIFS y contesta con la trama de confirmación

positiva ACK (ACKnowledged) y si no la recibe

correctamente contesta con la trama de confirmación negativa

NAK (NAKnowledged) y el equipo origen tratará de volver a

enviarlo. Este procedimiento se repite un número predefinido

de veces hasta conseguirse una transmisión correcta de la

trama DATA [1], [4].

Fig. 8. Envío de una trama mediante protocolo CSMA/CA

Dificultades durante el protocolo de acuerdo

EL problema de la estación oculta

Supongamos 3 estaciones A, B y C en un entorno

CSMA/CA:

Fig. 9. Arquitectura MAC

La Estación A y la Estación C transmitirían correctamente

(no pueden verse mutuamente en la fase de detección; así

pues, ambas podrían transmitir simultáneamente y de forma

correcta un paquete), pero la Estación B recibiría datos

dañados. Se dice que la Estación A y la Estación B están

"ocultas" la una de la otra.

Para resolver este problema utilizamos las tramas RTS y

CTS. La estación A envía una trama RTS a la estación B, que

a su vez envía una trama CTS pequeño como respuesta. Esta

trama es lo recibida tanto por la estación A como por la

estación C. La estación C se detendrá y no llevará a cabo la

transmisión en este caso durante el tiempo que dure la

transmisión.

Se debe tener en cuenta que las estaciones ocultas pueden

reducir la capacidad de la red debido a la posibilidad de

colisión [1].

Fig. 10. Solución problema estación oculta

El Problema de la estación expuesta

Supongamos 4 estaciones A, B, C y D en un entorno

CSMA/CA:

DA B C

Fig. 11. Problema de la estación expuesta

Supongamos que la estación A esta transmitiendo datos a B.

La estación C tiene datos por enviar a D, que pueden ser

enviados sin intervenir con la transmisión entre A y B. Dado

que C esta expuesta a la estación B este toma la decisión de no

enviar datos a D, desaprovechando la capacidad de canal

[1],[3].

Función de coordinación Puntual

La función de coordinación puntual (PFC) esta asociada a

transmisiones libres de contienda las cuales utilizan técnicas

de acceso deterministas. Para esta función se define una

técnica de interrogación circular desde el punto de acceso AP.

Esta funcionalidad es para servicios de tipo síncrono que no

soportan retardos aleatorios en el acceso al medio [2].

D. Estándares

El estándar 802.11 ha tenido una evolución constante desde

su nacimiento, es por esto que hoy existen varias versiones,

cada una con especificaciones y mejoras diferentes, y siempre

con el objetivo de mejorar a su antecesora. Veamos una

pequeña explicación de algunas de las versiones más

importantes:

802.11 Legacy

Creado en 1997. Es conocido como la versión original del

estándar IEEE. Permite velocidades de transmisión de hasta 2

Mbps y opera sobre la frecuencia de 2,4 GHz. Utiliza el

protocolo de acceso al medio CSMA/CA [5]. Este estándar

tiene dificultades de comunicación entre dispositivos de

diferentes marcas, también se debe tener en cuenta que la

banda de 2.4 Gs tiene gran uso (pues es la misma banda usada

por los teléfonos inalámbricos y los hornos de microondas,

entre otros aparatos), lo cual crea problemas de interferencia.

Actualmente no hay implementaciones disponibles [6].

802.11a OFDM

Aprobada desde 1999. Permite realizar transmisiones con

velocidades de hasta 54Mbps y opera sobre la banda de

frecuencias de 5 GHz. El alcance aproximado para este

estándar es de aproximadamente 25 metros. Utiliza 52

subportadoras (Subcarriers) mediante la múltiplexación por

división de frecuencias OFDM el utilizar la banda de 5 GHz

representa una ventaja del estándar 802.11a, dado que se

presentan menos interferencias con respecto a su antecesor

802.11 Legacy, pero al hacer uso de frecuencias tan altas su

cobertura disminuye drásticamente, es decir mayor

atenuación. La especificación no es compatible con otras,

solamente con las de su mismo tipo, esto debido a la

diferencia de frecuencia manejada [5]- [7].

Fig. 12. Múltiplexación por división de frecuencias OFDM

802.11b DSSS

Ratificado en 1999. Soporta velocidades en condiciones

ideales de hasta 11Mbps y opera sobre la banda de

frecuencias de 2.4 - 2.5 MHz. El alcance aproximado para este

estándar es de aproximadamente 50 metros. Es el más popular

pues fue el primero en imponerse y existe un inventario muy

grande de equipos y dispositivos que manejan esta tecnología.

Al igual que su la versión original emplea CSMA/CA como

técnica para el acceso al medio. Utiliza la técnica de Espectro

Ensanchado por Secuencia Directa DSSS, mencionada en

anteriormente, para la modulación de la señal, enviando

también bits de redundancia que evitan retransmisiones

corrigiendo los errores en la trama [5]- [7].

802.11g

Estándar ratificado en junio de 2003. Opera a una velocidad

de transmisión máxima de 54 Mbps y emplea las mismas

bandas de frecuencia que el estándar 802.11b, haciéndolo de

igual manera compatible. Sin embargo, al mezclar los dos

estándares en una misma red, se reduce significativamente la

velocidad de transmisión. Emplea las técnicas de modulación

OFDM y DSSS. Con potencias de hasta medio vatio y antenas

parabólicas apropiadas, puede llegar a hacer comunicaciones

de hasta 50 Km [5]- [7].

Los demás estándares son mejoras o complementos de los

estándares mencionados.

802.11n

Es un estándar nuevo que aún está en elaboración. Si bien

se está trabajando en él desde el año 2004. Se prevé que tendrá

una velocidad de transmisión minima de 100Mbps y podría

llegar a alcanzar los 600 Mbps, A diferencia de las otras

versiones de Wi-Fi, esta versión puede trabajar en dos bandas

de frecuencias: 2,4 GHz y 5 GHz. Debido a esto, la versión es

compatible con dispositivos basados en todas las ediciones

anteriores.

Este nuevo estándar utilizara la tecnología MIMO Multiple

Input – Multiple Output, que permite utilizar varios canales a

la vez para enviar y recibir datos gracias a la incorporación de

varias antenas [5]-[7].

Fig. 13. Diagrama de sistema MIMO

III. REFERENCIAS

[1] FOROUZAN, Behrouz A. Transmisión de Datos y Redes de

Comunicaciones. Cuarta edición. Madrid: McGraw-Hill Interamericana.

2002. pp 393-406

[2] Direct Sequence Spread Spectrum .Anon , Accessed 3rd August 2005

[en línea]. Disponible en:

http://searchnetworking.techtarget.com/sDefinition/0,,sid7_gci525721,0

0.html (consultado en octubre 25 de 2008)

[3] Frequency-hopping spread spectrum. Wikipedia Org. [en línea].

Disponible en: http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-

hopping_spread_spectrum(consultado en octubre 25 de 2008)

[4] Tema 4: Redes de area Local. Universidad politécnica de Cartagena. [en

línea]. Disponible en:

http://www.dte.upct.es/personal/manuel.jimenez/docencia/GD6_Comuni

c_Ind/pdfs/Tema%204.pdf (consultado en octubre 25 de 2008)

[5] Introducción a la tecnología Wireless 802.11. E-advento Networks

Corp. [en línea]. Disponible en: http://www.e-

advento.com/tecnologia/wlan_intro.php (consultado octubre 25 de 2008)

[6] IEEE 802.11. Wikipedia Org. [en línea]. Disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/802.11 (consultado octubre 25 de 2008)

[7] Estándares Wifi de conexión. Virusprot Corp. [en línea]. Disponible en:

http://www.virusprot.com/cursos/Redes-Inal%C3%A1mbricas-Curso-

gratis3.htm (consultado octubre 25 de 2008)