Redes y servicios móvilesRedes IEEE 802.11 WiFi
Xabiel García PañedaRoberto García Fernández
José Ángel Vallejo Pinto
Universidad de Oviedo
Área de Ingeniería Telemática
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Índice
Introducción.Grupos IEEE 802 de tecnologías inalámbricas.IEEE 802.11.
Nivel de enlace.Nivel físico.
IEEE 802.11n.IEEE 802.11s.Madurez de la tecnología y del mercado.
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Introducción
Las redes de área local inalámbricas (WLAN; WirelessLocal Area Networks) surgen como extensión de las redescableadas con los siguientes objetivos:
Proporcionar acceso inalámbrico y movilidad en un área detamaño reducido.Ofrecer conectividad en lugares en los que resulta muycomplicado o costoso instalar infraestructuras de cable.
Se caracterizan por su facilidad de instalación, costesreducidos, escalabilidad y flexibilidad para adaptarse aentornos cambiantes.
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Estándares para LAN/WAN
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Grupos IEEE 802 de tecnologías inalámbricas
802.11 LAN inalámbrica (WLAN).802.15 Redes de área personal inalámbricas (WPAN).
Bluetooth (802.15-1).Zigbee (802.15-4).
802.16 Redes de acceso metropolitanas inalámbricas debanda ancha (WiMAX).
Servicio de Internet inalámbrica para cubrir zonas geográficasamplias con un gran número de usuarios y a bajo coste.
802.18 Grupo de asesoría técnica sobre normativas deradio.802.20 Acceso inalámbrico móvil de banda ancha (MBWA).802.22 Redes de área regional inalámbricas.
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WLAN: Definición
Red de área local inalámbrica (WLAN).
Red: Unión de dos o más computadoras, mediante un mediofísico, para crear una comunicación entre ellas que les permitacompartir información y recursos.Inalámbrica: Subred de comunicación cuyo medio físico decomunicación es el aire.Usan bandas de frecuencia sin licencia: 2,4 GHz y 5 GHz.
Modos de operación:
Infraestructura.Las estaciones se comunican con un punto de acceso queproporciona la conectividad con la red cableada.
Ad-Hoc o peer-to-peer.Las estaciones se comunican directamente entre ellas sin pasarpor un punto de acceso.Generalmente sin conexión a redes externas.
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WLAN: Ventajas e inconvenientes
Ventajas:Movilidad del usuario.Solución para necesidades temporales a un coste menor.Rapidez de instalación y puesta en marcha.Única solución cuando el cableado no es posible.Permiten cambios de la topología de la red de forma rápida yfácil.
Inconvenientes:Velocidad generalmente inferior a la de una red cableada.Coste de despliegue mayor.Área de cobertura limitada.Inestabilidad del tramo radio: interferencias, reducción delcaudal con la distancia, etc.Necesitan medidas de seguridad: confidencialidad, privacidad,autenticación.Gestión de la red.
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WLAN: Modo infraestructura I
División entre
Equipos de usuario.Infraestructura decomunicaciones.
Puntos de acceso.
AP (Access Point).Normalmentepermanecen fijos.
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WLAN: Modo infraestructura II
No hay comunicacióndirecta entre losequipos de la red.Cada comunicaciónrequiere dos saltos.
Equipo1-AP.AP-Equipo2.
Red más estable.
Mayor cobertura.
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WLAN: Modo Ad-Hoc
MANET.
Mobile Ad-hocNetwork.
No existeinfraestructura.Los equipos de usuariose utilizan para llevar acabo la distribución.Todos los elementos dela red pueden tenermovilidad.
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WLAN: Tecnologías
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WLAN: Certificación de la WiFi Alliance
La WiFi (Wireless Fidelity) Alliance es un consorcio defabricantes de hardware y software cuyo objetivo espromover el uso de la tecnología 802.11y velar por suinteroperabilidad.Para ello la WiFi Alliance ha definido un proceso decertificación, de forma que cualquier fabricante puedesometer a prueba sus productos y si la superan podráponer el sello correspondiente.Los requisitos de certificación de la WiFi Alliance se basanen la norma 802.11 pero no son equivalentes. Algunasfuncionalidades (opcionales) de 802.11 no se exigen en lacertificación WiFi y en algún caso se exigen funcionesadicionales, sobre todo para garantizar aspectos deinteroperabilidad y seguridad.
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Familia de tecnologías IEEE 802
Estándar base dividido en dos capas:
Capa MAC: Control de acceso al medio.Capa física.
802.11HMAC
802.2HLogicalHlinkHcontrolH/LLCE802
Ove
rvie
wHa
ndHa
rchi
tect
ure
802.1
802.3MAC
802.3PHY
802.5MAC
802.11FHSSPHY
802.11DSSSPHY
802.11aOFDMPHY
802.11bHR/DS
SSPHY
802.11gERPPHY802.5
PHY
Man
agm
ent
DataHlinkHlayerLLCHsublayer
MACHsublayer
PhysicalHlayer
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Elementos de red
Las redes 802.11 están formadas por 4 componentesfísicos principales:
Estaciones.Equipo de usuario con tarjeta de red inalámbrica.
Puntos de accesoConectan el entorno inalámbrico con otro tipo de redes paraproporcionar interconexión.
Medio inalámbrico.Sistema de distribución.
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Estructura de red I
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Estructura de red II
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Estructura de red III
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Nomenclatura I
BSS (Basic service set).
Grupo de estaciones que se comunicanunas con otras.En modo infraestructura o sin infraestructura(independiente o ad-hoc: IBSS).
ESS (Extended service set).
Los BSS no pueden dar cobertura agrandes áreas. Se crean los ESS que sonagrupaciones de BSS conectadas a travésde un enlace troncal.Los AP se comunican a través del enlacetroncal creando una red virtual.Cuando una estación se asocia con un APlas demás deben de conocer esta situación.Es necesario tener un IAPP (Inter APProtocol) para intercambiar información(propietarios, 802.11f).
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Nomenclatura II
SSID (Service set identifier).
Es el identificador de la red.BSSID, ESSID.
Entornos multi-BSS.Con la misma estructura física esposible generar varias redes.
Ej: invitados, privada.Niveles de seguridad diferentes.
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Servicios de red I
Distribución.Este servicio lo utilizan las estaciones móviles de un BSS enmodo infrastructura cada vez que transmiten.Cuando una trama ha sido aceptada por un AP, este utiliza elservicio de distribución para enviar la misma a su destino.Cualquier comunicación que utiliza un AP viaja a través delservicio de distribución, incluso las comunicaciones entre dosestaciones móviles asociadas con el mismo AP.
Integración.Es un servicio provisto por el sistema de distribución, quepermite la conexión del mismo con una red distinta a 802.11.La función de integración es específica del sistema dedistribución utilizado y por lo tanto no se especifica en elestándar 802.11, excepto en términos del servicio que debeofrecer.
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Servicios de red II
Asociación.Es el proceso mediante el cual una estación comienza aformar parte de una red 802.11.Cada estación estará asociada a un único punto de acceso.El punto de acceso puede aceptar o no la asociación.No hay límite en cuanto al número de estaciones asociadas aun punto de acceso.
Reasociación.Cuando una estación se mueve entre dos áreas de serviciosbásicos dentro de un ESS, debe evaluar el nivel de señal yeventualmente cambiar el AP con el que está asociada.La reasociación la inician las estaciones móviles cuando lascondiciones de la señal indican que cambiar de AP puede serbeneficioso. Nunca la inicia un AP.Una vez completada una reasociación, el sistema dedistribución actualiza los archivos de localización para reflejarla accesibilidad de la estación a través de otro AP.
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Servicios de red III
Disasociación.Se utiliza para terminar una asociación existente con un AP.Cuando una estación invoca este servicio, se eliminan todoslos datos de movilidad de la misma y la estación quedadesconectada de la red.La disasociación es una tarea formal que se realiza durante elproceso de apagado de una estación.
Autenticación.Las redes inalámbricas no pueden ofrecer el mismo nivel deseguridad física que las redes cableadas, por lo que dependende rutinas adicionales de autenticación para asegurar que unusuario tiene el acceso autorizado.Es un prerrequisito necesario para la asociación, porque sololos usuarios autenticados están autorizados a utilizar la red.En la práctica muchos AP están configurados como sistemasabiertos y permitirán la conexión de cualquier estación.
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Servicios de red IV
Deautenticación.Este servicio termina cualquier relación de autenticación.Como la autenticación es necesaria antes de autorizar el usode la red, la desautenticación genera la terminación de laasociación en curso.
Confidencialidad.802.11 provee un servicio opcional de confidencialidaddenominado “Wired Equivalent Privacy” (WEP).Se basa en un encriptado de las tramas que viajan por la red.El nivel de seguridad provisto es mínimo.
Envío de MSDU (MAC service data unit).Este servicio permite la comunicación de estaciones a nivel desubcapa MAC.
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Movilidad
Sin tránsito.
La estación no se mueve, permaneceen el área de servicio del AP al que seencuentra asociada.
Tránsito entre BSS.
La estación monitoriza continuamentela fuerza y la calidad de la señal, asícomo la señal de los otros BSS delmismo ESS. En el momento que lacalidad de la señal de los otros BSS essuperior a la generada por el actual, laestación invoca el servicio dereasociación con el BSS que ofrecemás calidad de señal.
Tránsito entre ESS.
802.11 no contempla este tipo demovilidad.
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Capas I
IEEE 802.11 define:
Capa física.
Subcapa PLCP (Physical LayerConvergence Protocol).Subcapa PMD (Physical MediumDependent).
Subcapa de control de acceso al medio(MAC).
La capa LLC (Logical Link Control) sedefine en IEEE 802.2.El resto de capas no están definidas:
Red (IP), transporte (TCP/UDP) yaplicación.
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Capas II - Funciones de la subcapa MAC
Subcapa MAC.
Mecanismos de acceso almedio.Descubrimiento de la red.
Barrido pasivo.Barrido activo.
Fragmentación.Encriptación.
Gestión de la capa MAC(MAC MIB).
Sincronización.Control de potencia.Asociación-Reasociación.
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Capas III - Funciones de la capa física
PLCP.
Detección deportadora.
PMD.
Modulación ycodificación.
Gestión de la capafísica.
Cambios de canal.PHY MIB.
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Particularidades del medio inalámbrico I
En los entornos inalámbricos no se puede asumir que, demanera predeterminada, los paquetes se van a recibircorrectamente.Los envíos pueden fallar por muchas razones:
Interferencias, desconexiones, etc.Se utiliza una política de asentimiento positivo.
Las dos estaciones deben estar perfectamente coordinadaspara no interrumpirse.
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Particularidades del medio inalámbrico II
¿Pueden aplicarse métodos de redes fijas en elacceso al medio?Ejemplo: CSMA/CD.
Acceso múltiple por detección de portadora condetección de colisiones.MAC en IEEE 802.3.Escuchar el medio.Enviar cuando el medio está libre.Escuchar el medio para detectar colisión.
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Particularidades del medio inalámbrico III
La potencia de la señal es inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia.El emisor podría aplicar detección de portadora(CS) y detección de colisiones (CD), pero lascolisiones ocurren en el receptor.El emisor no puede escuchar la colisión.
CD no funciona en transmisión inalámbrica.
CS también podría fallar en transmisióninalámbrica.
Problema del terminal oculto.
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Diferencias entre cableado e inalámbrico
Si A y C detectan el canal vacío al mismo tiempo, envían almismo tiempo.En Ethernet, la colisión puede detectarse en el emisor.Las radios semi-dúplex en transmisión inalámbrica nopueden detectar la colisión en el emisor.
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MAC I
Contempla dos modos de operación o funciones de coordinación:
Distributed Coordination Function (DCF): Orientada a serviciosasíncronos sin requisitos de QoS. Se basa en el mecanismo CarrierSense Multiple Access - Collision Avoidance (CSMA-CA).Point Coordination Function (PCF): Orientada a serviciossíncronos con requisitos de QoS. En este caso, un AP actúa comocoordinador (Point Coordinator) y regula las transmisiones de lasestaciones mediante un método de encuesta (polling). Solamentepuede usarse en modo infraestructura (BSS).
La extensión IEEE 802.11e introduce mejoras en la provisión de QoS eincorpora una nueva función de coordinación:
Hybrid Coordination Function (HCF). Define dos nuevos métodosde acceso al medio:
Enhanced Distributed Channel Access (EDCA). Basado encontienda.Controlled Channel Access (HCCA). El acceso lo controla un APque actúa como coordinador central del resto de estaciones y sedenomina HC (Hybrid Coordinator).
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MAC II - Distributed Coordination Function I
El protocolo CSMA-CA funciona del modo siguiente:Cuando una estación (portátil o AP) quiere enviar una trama,sondea antes el canal en el que opera para detectar si existeuna transmisión en curso.Cuando el canal está libre, la STA no transmite de manerainmediata, sino que debe seguir sondeando el canal paraasegurarse de que sigue libre durante un período de tiempoDIFS (DCF InterFrame Space). En ese momento puedetransmitir una trama de gestión o de datos con una MSDU delongitud máxima 2.034 bytes.
Para asegurar un acceso equilibrado al canal, si una estaciónacaba de transmitir una trama y tiene otra lista para sertransmitida, deberá esperar un periodo aleatorio obligatoriamente.
Si el canal está ocupado, la STA espera a que vuelva a estarlibre durante un tiempo DIFS, tras el cual espera un tiempoaleatorio (proceso de backoff) y transmite (si sigue libre).
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MAC III - Distributed Coordination Function IICuando una estación recibe correctamente una trama de datos, esperaun tiempo SIFS (Short Interframe Space) y manda la confirmaciónpertinente (ACK). SIFS es más pequeño que DIFS para dar prioridad alos envíos de los ACK respecto a otras STA que estuviesen a la esperade que el canal quede libre para transmitir sus tramas de datos.Si una estación transmite una trama y no recibe confirmación en untiempo determinado, dará la trama por perdida, procediendo a suretransmisión. Para ello inicia de nuevo el proceso de sondeo del canal.
DIFS
Backoff DATA
SIFS
ACK
Slot time
ORIGEN
DESTINO
Se esperaun tiempo
Tiempo de espera variable antes de
transmitir
Se esperaun tiempo
Se transmite información
Asentimiento
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MAC IV - Distributed Coordination Function III
Además de DIFS y SIFS, se definen otros dos tiempos entre tramas:
PIFS (PCF Interframe Space): se utiliza en el método PCF.EIFS (Extended Interframe Space): tiempo variable, mayor queDIFS, empleado en situaciones de error.
slot
DIFSVentana de contienda
PIFS
SIFS
Datos
DIFS
Datos
DIFSVentana de contienda
PIFS
Datos
DIFS
Datos
Mecanismo de backoff
Los diferentes tiempos entre tramas se definen en función del valor deSIFS y del denominado slot time, que toman los siguientes valores:
Capas físicas basadas en OFDM: slot time = 9 µs y SIFS = 16 µs.Capas físicas basadas en DSSS: slot time = 20 µs y SIFS = 10 µs.
A partir de estos valores, se definen:
PIFS = SIFS + slot time (25 µs para OFDM y 30 µs para DSSS).DIFS = SIFS + 2 x slot time (34 µs para OFDM y 50 µs para DSSS).
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MAC V - Tiempo de backoff
Tiempo de backoff (TBk)TBk= random() * TslotCwactual = Cwanterior ∗ 2 + 1
donde random() es unadistribución uniformepseudoaleatoria entre 0 y Cw,siendo Cw la ventana de contiendacuyos valores están comprendidosentre 7 y 255. Intento inicial
Primera retransmisiónSegunda retransmisión
Tercera retransmisión
El primer intento de transmisión con el medio ocupado sitúala ventana a [0,CwMIN ].Para cada retransmisión se calcula una nueva Cw.Tras una transmisión correcta la ventana vuelve a[0,CwMIN ].
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MAC VI - Distributed Coordination Function IV
Ejemplo de acceso al medio por contienda DCF.SIFS SIFS SIFS
tramatramaDIFS
Mediolibre Trama
lista
Tramalista
SIFSDIFS
Esperaaleat. 2
Esperaaleat. 1
tramatrama
Esperadetenida
SIFSDIFS
Esperarestante
tramatrama
SIFS
A
B
CACK ACK ACK
D
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Problema del terminal oculto
A B C
Terminales ocultos.A tiene una trama para transmitir a B. El medio está libre y transmite.Mientras A está transmitiendo, C tiene una trama para transmitir a B,detecta el medio libre, transmite y se produce una colisión en B.
Es necesario detectar la portadora en el receptor, no en el emisor:El emisor pregunta si puede transmitir algo.Si es así, se comporta como si el canal estuviera vacío.
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Problema del terminal expuesto
A B C D
B transmite a A. Al mismo tiempo, C tiene una trama paratransmitir a D. C sondea el medio y lo encuentra ocupado,por lo que no transmite, aun pudiendo hacerlo, pues A estáfuera de su cobertura y no le interferiría y D está fuera decobertura de B, por lo que tampoco existiría interferencia(C está expuesto a la transmisión de B).
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RTS/CTS I
Cuando un terminal desea transmitir datos, envía una trama RTS(Ready-to-Send) al receptor de destino.
Contiene la indicación de la cantidad de datos que desea transmitir.Cualquier estación diferente a la destinataria de la trama RTS que lareciba, retrasa sus transmisiones durante un tiempo igual al quetarde la recepción de la correspondiente trama CTS.
El destinatario devuelve un paquete CTS (Clear-to-Send) si estádispuesto para recibir datos.
Contiene la indicación de la cantidad de datos que el transmisororiginal desea transmitir.Cualquier estación diferente a la emisora de la trama RTS que lareciba, retrasa sus transmisiones durante un tiempo igual alnecesario para transmitir los datos indicados.
El terminal que había enviado la trama RTS envía los datos.Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 40/98
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RTS/CTS II - Solución al terminal oculto
B CA
célula de A célula de C
CTS(n)
Dato(n)
CTS(n)X
RTS(n) RTS(n)
C retrasa la transmisión el
tiempo correspondiente a n
bytes de datos.
El terminal A ya no está oculto
para C.
X retrasa la transmisión
durante el tiempo previsto
para que el terminal que ha
enviado el RTS reciba el
CTS
El tiempo de espera del terminal X es mucho menor que el del terminal C
A transmite a B
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RTS/CTS III - Solución al terminal expuesto
C ya no está expuesto a la transmisión de datos de B
B CRTS(n)
CTS(n)
RTS(n)
Dato(m)
RTS(m)
CTS(m)Dato(n)
.
Círetrasaílaítransmisiónítrasí
escucharíelíRTSídeíBíhastaíqueíBí
puedaírecibiríelíCTSídeíA.
Trasíesto,íCí
puedeícomenzarí
laítransmisióníaí
D.íParaíeso,íenvía
primeroíuníRTS.
B transmite a A
D
célula de B
A
célula de C
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RTS/CTS IV - Detección de portadora virtualSe utiliza el temporizador NAV (Network Allocation Vector).
Sirve para la detección virtual de disponibilidad del medio.Permite controlar el tiempo que falta para que el canal quede libre yse emplea como mecanismo de reserva: se actualiza con el valor delcampo «duración» de cada trama emitida por alguna estación, salvosi el nuevo NAV es menor que el actual, en cuyo caso se ignora.Una estación nunca intentará transmitir mientras NAV > 0.
DIFS
SIFS
ACK
BackoffDATOSRTS
SIFS
CTS
SIFS
NAV (CTS)
C
D
A B DC
DIFS
DIFS
Ventana de contienda
Ventana de contienda
NAV (RTS)
Origen: A
Destino: B
Slottime
NAV para los equipos que
detectan el RTS
NAV para los equipos que no detectan el RTS pero sí el CTS
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MAC VII - Fragmentación y reensamblado
En ocasiones los paquetes de nivel superior sondemasiado grandes para una transmisión encondiciones adversas.El transmisor puede fragmentar una trama paraenviarla en trozos más pequeños y así aumentarla fiabilidad.Cada fragmento se confirma individualmente.
DIFS
SIFS
ACK0
Backoff
Slot time
RTS
SIFS
CTS
Fragmento0
SIFS
Origen: A
Destino: B
SIFS
ACK1
Fragmento1
SIFS
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Cálculo del NAV I - sin fragmentación
¿Cómo sería el cálculo del NAV?
Si no hay más fragmentos.Si hay más fragmentos.
¿NAV en el fragmento? ¿NAV en el ACK?
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Cálculo del NAV II - con fragmentación
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MAC VIII - Point Coordination Function I
El mecanismo de acceso DCF no asegura una correcta QoS.El estándar define como opcional el método de acceso PCF, válidopara servicios con requisitos de tiempo real. Sin embargo, su presenciaen productos comerciales es prácticamente nula.El canal inalámbrico se «divide» en períodos de contienda y períodoslibres de contienda:
Períodos libres de contienda (CFP: Contention Free Period): elacceso al canal lo controla una funcionalidad añadida al AP (PC:Point Coordinator). Las STA solamente pueden transmitir cuando selas interroga (polling), y una única trama cada vez.Períodos de contienda (CP: Contention Period): se utiliza DCF.
Se repite alternativamente un CFP y un CP.El inicio de un CFP lo marca el PC indicándolo en la trama de baliza.Para iniciar un CFP tras un CP, el PC debe esperar a que el medio estélibre durante un tiempo PIFS para transmitir la baliza. Por eso, eltiempo entre balizas no es siempre exactamente el mismo, aunque seplanifique su envío a intervalos regulares.
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MAC IX - Point Coordination Function II
PC
STAB1
STAB2
STAB3
PIFS
DetectaBcanalBocupado
RetrasoBenBelBinicioBdelBsiguienteB
CFP
DetectaBcanalBocupado
PIFS
DataB+BCF-PollBaBST1
DataB+BCF-ACKB
aBPC
SIFS
SIFSDataB+BCF-ACKB+BCF-PollBaBST2
SIFS
NullaBPC
SIFS
Beacon
SIFS
DataB+BCF-ACKB
aBPC
SIFS
CF-PollBaBST3
CF-EndBeacon
PeríodoBdeContienda
NAV
NAV
NAV
PeriodoBlibreBdeBcontienda PeriodoBcontienda
IntervaloBdeBrepeticiónBdelBperíodoBlibreBdeBcontienda
SIFS
LiberadoBCF-End
LiberadoBCF-End
LiberadoBCF-End
La baliza (beacon) contiene información sobre la duraciónmáxima del CFP con la que las STA inicializan sus NAV.El envío de una trama CF-End por el PC libera los NAV delas STA.
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MAC X - Sincronización y búsqueda de celda I
Modo infraestructura (BSS):El AP utiliza la baliza, enviada periódicamente cada TBTT(aproximadamente, dependiendo de la ocupación del medio),para que todas las STA se sincronicen con un reloj común. Encada baliza se indica el valor del TBTT para la siguiente.Cada TBTT, el AP sondea el medio. Si está libre durante untiempo PIFS antes del TBTT, transmite la baliza; si estáocupado, espera a que quede libre y tras un tiempo PIFS (sinbackoff), transmite la baliza.En la baliza existe un campo (Timestamp) de 64 bits que actúacomo reloj y utilizan las STA para sincronizarse: es un contadormódulo 264 que cuenta en incrementos de microsegundos.
AP canal ocupado
Beacon
TBTT_0
canal ocupado
TBTT_1
canal ocupado
PIFS
Beaconcanal
ocupado
TBTT_2
canal ocupado
PIFS
Beaconcanal
ocupado Beacon
TBTT_3
PIFS
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MAC XI - Sincronización y búsqueda de celda II
Modo ad-hoc (IBSS):
En un IBSS, todas las STA pueden enviar balizas. La primeraSTA que crea el IBSS determina el tiempo entre balizas. CadaTBTT, si el canal está libre durante un tiempo PIFS, cada STAinicia un proceso de backoff entre [0, CWmin], y la que generael valor aleatorio más pequeño será la que transmitirá labaliza. El resto de estaciones, al detectarlo, cancelan susprocesos de backoff.La STA envía su reloj en la baliza. El resto de STA solamentemodifican sus relojes si están retrasados respecto al enviadoen la baliza. El efecto a largo plazo de este método es quetodas las STA de un IBSS se sincronizan con el reloj másrápido.
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MAC XII - Sincronización y búsqueda de celda III
Antes de asociarse a una red, una STA tiene que buscarlamediante el proceso de scanning.Hay dos métodos de scanning:
Pasivo: La STA monitoriza durante un cierto tiempo cadacanal especificado entre los parámetros de búsqueda paradetectar las balizas enviadas por los AP (en BSS o ESS) uotras STA (en IBSS), y devuelve una lista con las redesencontradas y la información extraída de las balizas.Activo: La STA envía periódicamente tramas de sondeo(Probe Request) en los canales que desee monitorizar, a lasque responden las redes interrogadas (el AP en BSS y la STAque envío la última baliza en IBSS) con tramas ProbeResponse, que contienen básicamente la misma informaciónque las balizas. Así se acelera el proceso de asociación, algoespecialmente útil en los traspasos, aunque supone una cargade señalización adicional en el medio radioeléctrico.
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MAC XIII: Ejemplos de scanning
Pasivo:
Cliente
Cliente
AP
Baliza
Baliza
Activo:
Cliente
AP 1
AP 2
Probe Request
(SSID=null)
Probe Request(SSID=null)Probe Response
ClienteProbe Request(SSID=AP1)
Probe Response
AP 1(SSID=AP1)
A cualquier AP (SSID=null) A un AP concreto
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MAC XIV - Sincronización y búsqueda de celda IV
Parámetros de búsqueda:BSSType: Tipo de BSS (BSS, IBSS o ambos).BSSID: Dirección MAC de búsqueda individual, broadcast ocualquiera (wildcard BSSID).SSID: Uno concreto o cualquiera. Los puntos de acceso y lasestaciones que quieran conectarse a una determinada WLANtienen que usar el mismo SSID.ProbDelay: Retardo entre sondas (en µs).ChannelList: Lista de canales en los que buscar.MinChannelTime:(≥ProbDelay). Mínimo tiempo de búsquedaen cada canal (en unidades de tiempo TU=1024 µs).MaxChannelTime: Máximo tiempo de búsqueda (en TU).VendorSpecificInfo: Parámetros no estandarizados definidospor el vendedor.
Tras la búsqueda, y antes de asociarse, una STA se une a unared adoptando sus parámetros físicos e identificativos (SSID,BSSID, tasas de transmisión, temporización, seguridad, etc.).
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MAC XV - Tramas de baliza
Anuncian la existencia de una red.Se transmiten a intervalos regulares, para que lasestaciones móviles puedan encontrar e identificar una red.Sirven para ajustar los parámetros de la conexión.Ejemplo de trama Probe Response:
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MAC XVI - Autenticación
La autenticación afecta únicamente al nivel de enlace. Nose realiza autenticación extremo a extremo.Se definen dos métodos:
Abierta (Open System Authentication): Se admite a cualquierSTA.Basada en llave compartida (Shared Key Authentication): Sebasa en WEP.
APCliente
Autenticación
Algoritmo: 0 (abierto)
Autenticación
Algoritmo: 0 (abierto)
Status Code: 0 (OK)
Open System Authentication
Shared Key Authentication
APCliente
Autenticación
Algoritmo: 1 (llave secreta)
Autenticación
Algoritmo: 1 (llave secreta)
Status Code: 0 (OK)
Texto a cifrar (cifrado)
Autenticación
Algoritmo: 1 (llave secreta)
Status Code: 0 (OK)
Texto a cifrar (en claro)
Autenticación
Algoritmo: 1 (llave secreta)
Status Code: 0 (OK)
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MAC XVII - Asociación
Una STA debe asociarse a un AP para poder enviar datos através de él. Es necesario también para que el sistema dedistribución sepa a través de qué AP debe enviar lospaquetes de datos para llegar a una determinada STA.Una STA solamente puede estar asociada con un AP,aunque éste puede tener asociadas múltiples STA.La STA debe estar autenticada antes de pedir la asociación.La asociación la inicia siempre la STA enviando un tramaAssociation Request al AP. Si es admitida, el AP respondecon una Association Response. En estos mensajesintercambian información relativa a sus respectivascapacidades y el AP informa a la STA de los parámetrosoperativos específicos en el BSS.
APCliente
Petición de Asociación
Respuesta Asociación
ID de asociación
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MAC XVIII - Reasociación
Se usa cuando una STA pasa de estar asociada a un AP aestarlo a otro de el mismo ESS (itinerancia entre BSS).La reasociación la inicia siempre la STA enviando un tramaReassociation Request al AP. Si es admitida, el APresponde con una Reassociation Response.
AP2Cliente
AP1
Petición de Re-Asociación
MifantiguafAPfera...
Respuesta Re-Asociación
SoyftufnuevofAP
IDfdefasociación
Opcional
Tramasfguardadasfdel
antiguofAP
Envíameflasftramasfquef
tengasfguardadasfparafelf
clienteTramasf
guardadas
6
1
23
4 5
Confirmaciónfde
autenticación
IAPP: no estandarizado(recomendación)IEEE 802.11f
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MAC XIX - Formatos de tramas I
Todas las tramas MAC tienen los siguientes componentesbásicos:
MAC Header. Contiene información de control de trama,duración, direcciones y control de secuencia. En el caso detramas de datos con QoS, contiene también información decontrol de QoS.Frame Body. De longitud variable, contiene informaciónespecífica del tipo y subtipo de trama. El tamaño máximoviene determinado por la longitud máxima de la MSDU (MACService Data Unit), que es de 2.304 octetos, más 8 octetos deoverhead debidos a la introducción de seguridad WEP. Por lotanto, el tamaño máximo es de 2.312 octetos con WEP y 2.304octetos sin WEP.Frame Check Sequence. Contiene un CRC de 32 bits.
No todos los campos que forman estos tres elementosaparecen en todas las tramas.
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MAC XX - Formatos de tramas II
Formato general:
MACIHeader
SequenceIControl
AddressIg
FCSFrameIcontrol
FrameIbodyIpmaxIhTghIbytesP
Duration5IID
AddressIh
AddressIT
AddressIR
bytesBI hI hI GI GI GI hI GI hI vIó h9TghI RI
QoSIControl
CapaIMAC
CapaIPLCPI5IPMD
PSDUIpmáx9IteóricoIR9vúíIbytesP
ServiceLengthTraining Rate Parity Tail PSDUIpmáx9IR9vúíIbytesP Tail Pad
PreambleIpghIsímbolosP
SIGNALIpgIsímboloIOFDMP DATAIpnúmeroIvariableIdeIsímbolosIOFDMP
TramaIPLCP
pPPDUP
bitsBI RI gI ghI gI GI gGI variable GI variable
BPSKáIrI=Ig5h ModulaciónáIcodificaciónIyItasaIsegúnIloIindicadoIenIelIcampoISIGNAL
Reserved
MSDUIpmáx9Ih9TROIbytesP
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MAC XXI - Formatos de tramas III
Control de la trama (Frame control):
RetryTowDSProtocolwversion
Type FromwDS
MorewFrag
ProtectedwFrame
Order
bits: 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1
Subtype PwrwMgt
MorewData
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15
Protocol version (2 bits): Especifica la versión delestándar. Hasta el momento sólo existe una versión, por loque el valor de los bits de este campo siempre es 0. Elresto de valores están reservados. Si en algún momento seestandariza una nueva versión que contengaincompatibilidades con las versiones anteriores, cuando sereciba una trama correspondiente a una versión superior ala que soporta el receptor, éste la descartará.
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MAC XXII - Formatos de tramas IV
Type (2 bits): Especifica el tipo de trama. Hay tres posibles:gestión (00), control (01) y datos (10). Las de datostransportan la información de usuario, las de controltransportan la información necesaria para el intercambio delas tramas de datos en una conexión y las de gestión seusan para las funciones de conectividad, autenticación, etc.Subtype (4 bits): Junto al tipo identifica la función de latrama (servicio MAC). Cada posición sirve para indicar unamodificación específica de la trama de datos básica(subtipo 0). Así, el b4 toma el valor 1 en los subtipos queincluyen CF-ACK; el b5 vale 1 en los subtipos que incluyenCF-Poll; el b6 vale 1 en los subtipos que no contienen elcampo Frame Body; y el b7 toma el valor 1 en los subtiposcon QoS, que contienen campos de control de QoS en suscabeceras MAC.
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MAC XXIII - Formatos de tramas V
Type Valueb3 b2
Type Description Subtype Valueb7 b6 b5 b4
Subtype Description
00 Management 0000 AssociationlRequest00 Management 0001 AssociationlResponse00 Management 0010 AssociationlRequest00 Management 0011 ReassociationlResponse00 Management 0100 ProbelRequest00 Management 0101 ProbelResponse00 Management 0110-0111 Reserved00 Management 1000 Beacon00 Management 1001 ATIM00 Management 1010 Disassociation00 Management 1011 Authentication00 Management 1100 Deauthentication00 Management 1101-1111 Reserved01 Control 0000-0001 Reserved01 Control 1010 PS-Poll01 Control 1011 RTS01 Control 1100 CTS01 Control 1101 ACK01 Control 1110 CFlEnd01 Control 1111 CFlEndl+lCF-ACK10 Data 0000 Data10 Data 0001 Datal+lCF-Ack10 Data 0010 Datal+lCF-Poll10 Data 0011 Datal+lCF-ACKl+lCF-Poll10 Data 0100 NulllFunctionl(noldata)10 Data 0101 CF-Ackl(noldata)10 Data 0110 CF-Polll(noldata)10 Data 0111 CF-Ackl+lCF-Polll(noldata)10 Data 1000-1111 Reserved10 Data 0000-1111 Reserved
Reassociation Request
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MAC XXIV - Formatos de tramas VI
To DS (1 bit): Determina si la trama tiene como destino elsistema de distribución (DS: Distribution System).From DS (1 bit): Determina si la trama tiene como origen elsistema de distribución.
To DS = 0 To DS = 1
From DS = 0
From DS = 1
MANET Transmitidos por una estacióninalámbrica en infraestructura
Recibidos por una estacióninalámbrica en infraestructura
Tramas en un puente inalámbrico
More Fragments (1 bit): Toma el valor 1 en todas lastramas de datos o de gestión en las que existe otrofragmento para enviar de la MSDU o de la MMPDU (MACManagement Protocol Data Unit) actual. En todos losdemás casos toma el valor 0.
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MAC XXV - Formatos de tramas VII
Retry (1 bit): Indica si la trama actual es una retransmisiónde una anterior. Permite descartar las duplicadas.Power Management (1 bit): Indica si la estación está enmodo de ahorro de energía (1: sí; 0: no). En las tramas delos AP siempre vale 0.More Data (1 bit): Cuando vale 1 se informa a la estaciónreceptora en modo de ahorro de energía (PS) de que haydatos destinados a ella en cola en el AP.Protected Frame (1 bit): Vale 1 si se ha protegido elcontenido del Frame Body (sólo en tramas de datos y entramas de gestión del subtipo Autentication).Order (1 bit): Vale 1 en las tramas de datos que no seanQoS y que contenga una MSDU o un fragmento de éstaque esté siendo transmitido usando la clase de servicioStrictlyOrdered. En el resto de tramas vale 0.
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MAC XXVI - Formatos de tramas VIII
Duration / ID: En DCF sirve para determinar el NAV(número de milisegundos que se espera ocupar el canalcon la transmisión actual). En PCF tiene otros usos.Address [1-4] (48 bits):
Receiver address (RA) (1): Estación inalámbrica que debeprocesar el mensaje. Si el destino final es también unaestación inalámbrica RA=DA. Si no, es el interfaz del AP.Transmitter address (TA) (2): Interfaz que transmite la tramaen el medio inalámbrico.Destination address (DA) (3): Destino final. En modo Ad-hoces el BSSID.Source address (SA) (4): Identifica la fuente de latransmisión. Se emplea cuando hay puentes.
Sequence Control (16 bits): Consta de dos subcampos, elNúmero de Secuencia (12 bits) y el Número de Fragmento(4 bits). No existe en las tramas de control.
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MAC XXVII - Formatos de tramas IX
QoS Control (16 bits): Identifica la categoría de tráfico a laque pertenece la trama y otra información relativa a la QoSde la trama que varía dependiendo del tipo y subtipo de lamisma. Se encuentra presente en todas las tramas en lasque el subcampo QoS del campo Subtype vale 1.Frame Body (número variable de bits): Contiene lainformación específica de los diferentes tipos y subtipos detrama. La longitud mínima es 0 octetos y la máxima vienedefinida por la máxima longitud de (MSDU + ICV + IV),donde el Integrity Check Value (ICV) y el Inicialitation Vector(IV) son campos relacionados con la seguridad WEP.FCS (32 bits): Contiene un CRC de 32 bits que se calculasobre todos los campos de la cabecera MAC y del campoFrame Body.
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MAC XXVIII - Direccionamiento I
Cada campo de direccionamiento contiene una direcciónde 48 bits que puede ser de dos tipos:
Individual. Dirección asignada a una STA concreta de la red.De grupo. Dirección con varios destinos que pueden usar unao más STA de la red. Hay dos clases:
Multicast. Hace referencia a un grupo de STA.Broadcast. Hace referencia a todas las STA de la red.
En IEEE 802.11 se manejan las siguientes direcciones:BSSID. Identifica a cada BSS:
Modo infraestructura. El BSSID es la dirección MAC del AP.Modo ad-hoc (IBSS). La STA que inicia el IBSS genera unadirección aleatoria que se utiliza como identificador del IBSS.
DA (Destination Address): Dirección MAC individual o degrupo que identifica a los destinatarios finales de la MSDU (ofragmento) contenida en el campo Frame Body.
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MAC XXIX - Direccionamiento II
Direcciones en IEEE 802.11 (cont.):SA (Source Address): Dirección MAC individual que identificaa la entidad desde la que se inició la transferencia de la MSDU(o fragmento) contenida en el campo Frame Body.RA (Receiving STA Address): Dirección MAC individual o degrupo que identifica a los destinatarios inmediatamentesiguientes, en el medio inalámbrico, de la MSDU (o fragmento)contenida en el campo Frame Body.TA (Transmitting STA Address): Dirección MAC individual queidentifica a la STA que ha transmitido, en el medio inalámbrico,la MSDU (o fragmento) contenida en el campo Frame Body.
Address 1 siempre corresponde a la dirección MAC delreceptor (o receptores en el caso de multicast). Address 2corresponde a la dirección del transmisor. Address 4 sóloaparece en WDS (Wireless Distribution System), pero elestándar no especifica cómo debe hacerse.
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MAC XXX - Direccionamiento III
SADATARA11WirelessóDS
-DATA=SARAó=óBSSID01ToótheóAP
-SATA=BSSIDRAó=óDA10FromótheóAP
-BSSIDTA=SARAó=óDA00IBSS
Addressó4Addressó3Addressó2Addressó1FromóDSToóDS
Función
DS
Cliente
AP
SA
RATAó(BSSID)
Servidor
AP
APCliente
WirelessóDistributionóSystem
Servidor
RAó(BSSID)TA
DA
SA
TA
RA
DADA
SA
TA
RA
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MAC XXXI - Formatos de tramas X
Dependiendo del tipo de trama, algunos de los campos dela trama general no aparecen:
Datos:
Sequence:Control
Address:1
FCSFrame:control
Frame:body:(max:2312:bytes)
Duration/:ID
Address:2
Address:3
Address:4
bytes:: 2: 2: 6: 6: 6: 2: 6: 2: 0:- 2.312: 4:
QoS:Control
ACK:
Address61(Rx6Addr.)
FCSFramecontrol
Duration/ID
bytes:6 26 26 66 4
RTS:
FCSFramecontrol
Duration/ID
bytes:. 2. 2. 6. 6. 4
Address.1(Rx.Addr.)
Address.2(Tx.Addr.)
CTS:
Address61(Rx6Addr.)
FCSFramecontrol
Duration/ID
bytes:6 26 26 66 4
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Nivel físico I
Especificación original (1997). Tres posibilidades:Infrarrojos.Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FH) (2,4 GHz).Espectro ensanchado por secuencia directa (DS) (2,4 GHz).
Ampliación IEEE 802.11b (1999).Espectro ensanchado por secuencia directa (2,4 GHz).Velocidad de 1 a 11 Mbps.
Ampliación IEEE 802.11a (1999 -> 2002).OFDM (5 GHz). Velocidad de 6 a 54 Mbps.
Ampliación IEEE 802.11g (2003).Banda de 2,4 GHz. Velocidad de 6 a 54 Mbps.Diferentes técnicas: 802.11b + CCK + PBCC + OFDM.
Ampliación IEEE 802.11n (2009).Bandas de 2,4 y 5 GHz. Velocidad de 15 a 150 Mbps.Utilización de técnicas MIMO.
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Nivel físico II
La velocidad de transmisión depende de la distancia.Las estaciones más lejanas tienen peor SNR.
Se emplean varios tipos de modulación.802.11abg: 1Mbps hasta 54Mbps.
Modulaciones de alta eficiencia.Más bits en un intervalo de tiempo.
BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM.
Límite de Shannon
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Nivel físico III
Rendimientos máximos esperados de redes 802.11 (Mb/s).
Distancia/(m) 802.11b 802.11a 802.11g/puro
802.11g/mixto/con/CTS-to-self
802.11g/mixto/con/RTS/CTS
3 5,8 24,7 24,7 14,7 11,8
15 5,8 19,8 24,7 14,7 11,8
30 5,8 12,4 19,8 12,7 10,6
45 5,8 4,9 12,4 9,1 8,045 5,8 4,9 12,4 9,1 8,0
60 3,7 0 4,9 4,2 4,1
75 1 6 0 1 6 1 6 1 675 1,6 0 1,6 1,6 1,6
90 0,9 0 0,9 0,9 0,9
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Nivel físico IV - Canales I
IEEE 802.11g: Canales de 22 MHz con solapamiento. Hay3 canales no solapados (1, 6 y 11).
Canal Frecuencia (MHz) Norteamérica Europa Japón
1 2412 X X -
2 2417 X X -
3 2422 X X -
4 2427 X X -
5 2432 X X -
6 2437 X X -
7 2442 X X -
8 2447 X X -
9 2452 X X -
10 2457 X X -
11 2462 X X -
12 2467 - X -
13 2472 - X -
14 2484 - - X
122.467
12.412
22 MHz
ChannelCenter Frequency(GHz)
22.417
32.422
42.427
52.432
62.437
72.442
82.447
92.452
102.457
112.462
132.472
142.484
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Nivel físico V - Canales II
Los equipos 802.11b y 802.11g deben cumplir la máscarade transmisión representada en la siguiente figura.
El estándar no especifica ningún tipo de filtro transmisorespecífico, de forma que el ajuste de la potencia transmitidaa la máscara puede realizarse a criterio del fabricante.La potencia de emisión la regula la administracióncompetente. En España se usa la norma UN-85.
Región ITU-R Rango de frecuencias PIRE máxima
Europa 2,40009- 2,48359GHz 1009mW
EE.UU.9y9Canadá 2,40009- 2,47359GHz 10009mW
Japón 2,47109- 2,49709GHz 109mW/MHz
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Nivel físico VI - Canales III
IEEE 802.11a: En Europa se permiten 19 canales de unos20 MHz, separados entre sí 20 MHz. El solapamiento esmucho menor que en la banda de 2,4 GHz.
...
5180 5200 5220 5240 5260 5280 5300 5320 5500 5520 5540 5560 5580 5600 5620 5640 5660 5680 5700 MHz
En España se aplica la norma UN-128:Banda 5150 – 5350 MHz: PIRE máxima = 200 mW.Banda 5470 - 5725 MHz: PIRE máxima = 1 W con control depotencia o 500 mW sin control.
Esta banda presenta la ventaja de que la usan menosequipos en el mercado, como los microondas o Bluetooth.Además, ofrece 8 canales no solapados.
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Nivel físico VII - Modulaciones I
IEEE 802.11b:Para 1 Mbps se emplea DBPSK.Para 2 Mbps se emplea DQPSK.Para 5,5 y 11 Mbps se emplea una CCK (ComplementaryCode Keying) de 8 chips. Alternativamente, se puede usarPBCC (Packet Binary Convolutional Coding).
IEEE 802.11a:Utiliza OFDM.Permite 8 diferentes velocidades binarias de trabajo: 6, 9, 12,18, 24, 36, 48, 54 Mbps, utilizando diversas modulaciones paralas portadoras (BPSK, QPSK,16QAM y 64QAM) y codificaciónconvolucional con diferentes tasas de codificación:
6 Mbps (BPSK, r = 1/2) 24 Mbps (16QAM, r = 1/2)9 Mbps (BPSK, r = 3/4) 36 Mbps (16QAM, r = 3/4)
12 Mbps (QPSK, r = 1/2) 48 Mbps (64QAM, r = 2/3)18 Mbps (QPSK, r = 3/4) 54 Mbps (64QAM, r = 3/4)
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Nivel físico VIII - Modulaciones II
IEEE 802.11g:
DSSS: 1 y 2 Mbps.CCK: 5,5 y 11 Mbps.OFDM: 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48 y 54 Mbps.PBCC: 5,5; 11; 22 y 33 Mbps.
IEEE 802.11n:
Se utiliza DSSS y OFDM y 32 formatos de transmisiónposibles (MCS: Modulation and Coding Scheme):
Varias combinaciones de BPSK, QPSK, 16QAM y 64QAM.Tasas de codificación: 1/2, 2/3, 3/4 y 5/6.Anchos de banda de los canales: 20 y 40 MHz.Intervalos de guarda: 400 y 800 ns.De 1 a 4 flujos de datos multiplexados en espacio (SDM: SpatialDivision Multiplexing) mediante técnicas MIMO.
Se pueden alcanzar velocidades de hasta 600 Mbps.
Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 78/98
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Nivel físico IX - Protocolos
PLCP (Physical Layer Convergence Procedure).Adapta la capa específica del medio a la subcapa MAC.Añade su propia cabecera:
FHSS.DSSS en 802.11 (1 y 2 Mb/s).DSSS en 802.11a (de 6 a 54 Mb/s).DSSS en 802.11b (de 1 a 11 Mb/s).DSSS en 802.11g (de 1 a 54 Mb/s).
PDM (Physical Medium Dependent).Se encarga de la transmisión por el medio.Existen diferentes tipos.
Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 79/98
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Nivel físico X - FHSS I
Frequency Hopping Spread Spectrum.Salta de frecuencia utilizando patrones aleatorios.El receptor debe conocer la secuencia de saltos y el tiempode permanencia en cada subcanal.En cada subcanal se transmite una porción de los datos.Varias estaciones pueden compartir el mismo espectro defrecuencias, empleando patrones de saltos distintos.
t1
f1
f2
f3
f4
f5
f6
f7
t2 t3 t4 t5 t6
Tiempo
Frecuencia
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Nivel físico XI - FHSS II
Del1valor1del1SIFS1se1derivan1los1valo8res1de1los1espacios1intertrama16DIFSh
PIFS1y1EIFSq
Los1símbolos1del1preámbulo1sontransmitidos1a1f1MHz01Como1un1
símbolo1tarda1f1µs1en1ser1transmitidohBó1bits1requieren1Bó1µs
Ng1bits1del1PLCP1header
54g0ff1recomienda1un1máximo1deT441símbolos16T441bytes1en1f1Mbpsh5441bytes1en1g1Mbpsq1para1mantener
una1performance a1lo1largo1de1diferen8tes1tipos1de1medios
Notas
Slot1time
SIFS1time
Tamaño1de1la1ventana1de1contienda
Duración1del1preámbulo
Duración1del1PLCP1header
Máxima1trama1MAC
Sensibilidad1mínima
Parámetro
ñ41µs
g51µs
fñ181f4gN1slots
Bó1µs
Ng1µs
T4Bñ1bytes
8541dBm
Valor
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Nivel físico XII - FHSS III
Sync: 80 bits 0-1 alternantes. Indica el comienzo de unatrama y permite que el receptor mida la frecuencia de laseñal entrante y realice las correcciones necesarias.Start Frame Delimiter (SFD): Final del preámbulo yprincipio de la trama. Tiene el valor: 0000110010111101.PSDU Length Word (PLW): Informa al receptor de lalongitud de la trama MAC que sigue a la cabecera PLCP.PLCP Signaling (PSF): El bit 0 está reservado (0). Los bits1-3 indican la velocidad a la que se transmite la carga MAC.Aunque el estándar permite velocidades en incrementos de500 Kbps (de 1 a 4,5 Mbps), el esquema de modulaciónsólo se ha definido para 1 y 2 Mbps.Header Error Check (HEC): Protege la cabecera PLCPfrente a errores. No protege al resto de la trama.
Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 82/98
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Nivel físico XIII - DSSS I
Direct Sequence Spread Spectrum.Usado en 802.11b.Velocidades de datos hasta 11Mbps.Basado en la técnica de espectro ensanchado.Código Barker de 11 bits.
Señal transmitidaSeñal original Señal recorreladaAmplitud
Frecuencia
Amplitud
Frecuencia
Amplitud
Frecuencia
Expansor Correlación
Código Barker11 bits
Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 83/98
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Nivel físico XIV - DSSS II
DelMvalorMdelMSIFSMseMderivanMlosMvaloresMdeMlosMespaciosMintertramaM
8DIFSóMPIFSMyMEIFSN
LosMsímbolosMdelMpreámbuloMsontransmitidosMaM2MMHzAMComoMunM
símboloMtardaM2MµsMenMserMtransmitidoó2--MbitsMrequierenM2--Mµs
ElMencabezadoMPLCPMesMdeM-VMbits
Notas
SlotMtime
SIFSMtime
TamañoMdeMlaMventanaMdeMcontienda
DuraciónMdelMpreámbulo
DuraciónMdelMencabezadoMPLCP
MáximaMtramaMMAC
SensibilidadMmínima
RechazoMdeMcanalMadyacente
Parámetro
0hMµs
2hMµs
32MxM2h03Mslots
2--Mµs
-VMµs
-MxMV292Mbytes
xVhMdBm
39MdB
Valor
Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 84/98
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Nivel físico XV - DSSS III
Sync: Campo de sincronización. 128 bits de valor 1.Start Frame Delimiter (SFD): Principio de la trama. Tieneel valor: 0000010111001111.Signal : Indicador de la velocidad de transmisión ymodulación. Vale 00001010 para funcionamiento a 1 Mbpsó 00010100 para funcionamiento a 2 Mbps.Service: 3 bits con información adicional sobre lamodulación (CCK o PBCC), reloj interno y complementodel campo Length. Los 5 bits restantes (0) estánreservados para usos futuros.Length: Longitud de la MPDU (MAC Protocol Data Unit).CRC: Usado para detección de errores en la cabecera dela trama.
Redes y servicios móviles Redes IEEE 802.11 WiFi 85/98
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Nivel físico XVI - HR-DSSS
Para transmitir a alta velocidad (HR; High Rate), como en802.11g, el preámbulo resulta demasiado largo.Se ha definido un formato corto (opcional) que mejora elrendimiento enormemente.La longitud de Sync+SFD se reduce a la mitad (56+16 bits).El resto de la cabecera se transmite al doble de velocidad.
Variable
1LMbpsLDBPSK 2LMbpsLDBPSK
Variable
72Lbits 48Lbits
144Lbits 48Lbits
1LMbpsLDBPSK
Sync56 scrambled 0s
SFD16 bits
CRC16 bits
PSDUSignal8 bits
Service8 bits
Lenght16 bits
2LMbpsLDQPSK5H5LMbpsLCCK
11LMbpsLCCK/PBCC
Sync128 scrambled 1s
SFD16 bits
CRC16 bits
PSDUSignal8 bits
Service8 bits
Lenght16 bits
1LMbpsLDBPSK2LMbpsLDQPSK
5H5/11LMbpsLCCK5H5/11LMbpsLPBCC
Short
Long
PLCPLframe PSDULmMACLframe(HeaderPreamble
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Nivel físico XVII - OFDM I
Ortogonal Frecuency Division Multiplexing.Se utiliza en 802.11a (5GHz).Divide un canal en muchos subcanales y codifica unaporción de señal en cada subcanal.
Utiliza 52 frecuencias, 48 para datos y 4 para sincronización(subportadoras -21, -7, 7 y 21).
FDM
OFDM
52 subportadoras: -26 hasta +26separadas 0,3125 MHz
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Nivel físico XVIII - OFDM II
A
f
OFDM es bastante robusta ante una interferencia entresímbolos producida por multi-trayectosPresenta el problema de interferencia entre portadoras,debido a pequeños desplazamientos en las frecuencias delas subportadoras.Para solucionarlo se agrega un tiempo de guarda (tG), demodo que demoras menores a tG no ocasionan dichainterferencia.
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Nivel físico XIX - OFDM III
Constelaciones en subportadoras.a Q
0 1
c Q
0010 0110
0011 0111
1110 1010
1111 1011
0001 0101
0000 0100
1101 1001
1100 1000
b Q
01 11
00 10
cQ
000 100 001 100 011 100 010 100
000 010 001 010 011 010 010 010 110 010 111 010 101 010 100 010
110 011 111 011 101 011 100 011
110 001 111 001 101 001 100 001
110 000 111 000 101 000 100 000
000 011 001 011 011 011 010 011
000 001 001 001 011 001 010 001
000 000 001 000 011 000 010 000
110 100 111 100 101 100 100 100
110 101 111 101 101 101 100 101
110 111 111 111 101 111 100 110
110 110 111 110 101 110 100 110
000 101 001 101 011 101 010 101
000 111 001 111 011 111 010 111
000 110 001 110 011 110 010 110
BPSK-un bit QPSK-dos bits
16-QAM-cuatro bits 64-QAM-seis bits
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Nivel físico XX - OFDM IV
Utiliza un nuevo formato de trama física.
Length12cbits
R1cbits
Tail6cbits
BPSKr=1/2
SIGNAL1csímbolocOFDM
PreámbuloMPLCP12csímbolos
DatosnúmerocvariablecdecsímboloscOFDM
Codificadocenfuncióncdeclactasa
Rate4cbits
Parity1cbit
Service16cbits
Tail6cbits
PadPcbits
TramaMMACNcbits
CabeceracPLCP
Preámbulo = 12 símbolos para sincronización: 10 deentrenamiento cortos (12 subportadoras) que duran 0,8 µscada uno, y 2 largos (52 subportadoras) que duran un totalde 8 µs. La duración total del preámbulo es 16 µs. Lossímbolos OFDM del resto de campos duran 4 µs.
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Nivel físico XXI - OFDM V - Modulación y codificación
OFDM utiliza diferentes esquemas que le permitenproporcionar tasas de transmisión entre 6 Mbps y 54 Mbps.En todos los casos, la velocidad es de 250 Kbaudios encada una de las 48 subportadoras de datos en las que seextiende un símbolo OFDM.
VelocidadKdeKtransmisiónKbitsKdeKdatosK
4MbpsQ
ModulaciónKyKtasasKdeK
codificaciónK4rQ
BitsKcodificadosKporK
subportadora
BitsKcodificadosKporKsímboloKOFDM
BitsKdeKdatosKporKsímboloK
OFDM
SensibilidadKmínimaK4dBmQ
6 BPSKAKrK=1/2 1 48 24 -82
9 BPSKAKrK=3/4 1 48 36 -81
12 QPSKAKrK=1/2 2 96 48 -79
18 QPSKAKrK=3/4 2 96 72 -77
24 165QAMAKr=1/2 4 192 96 -74
36 165QAMAKr=3/4 4 192 144 -70
48 645QAMAKr=2/3 6 288 192 -66
54 645QAMAKr=3/4 6 288 216 -65
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IEEE 802.11n I
Interoperabilidad con 802.11a/g.Aumenta throughput.
Velocidad de transmisión en la capa física.Cambios en capa física.
Aumenta velocidad útil de protocolos de capas superiores.Aplicaciones de usuario.Velocidad útil > 100Mbps.Reducir sobrecarga de procedimientos MAC.
Utiliza múltiples antenas MIMO.1x1, 2x2, 3x3, 4x4.
Canales de 20 MHz y 40 MHz.Bandas de frecuencia de 2.4 GHz y 5 GHz.Concatenación de tramas en capa MAC.
Sobrecarga repartida entre varias tramas.Incremento de la velocidad útil.
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IEEE 802.11n II
Admite canales de 20MHz y de 40MHz.
Los de 40MHz sólo se recomiendan para la banda de 5 GHz.Constan de un canal primario y un canal secundario.
Canal de extensión.Debe ser un canal adyacente.Por encima o por debajo del canal primario.
Los canales de 40 MHz se especifican mediante:N0canalsecundario = N0canalprimario + Secundario ∗ 4.
Donde Secundario puede valer +1 ó -1.P.ej. si el canal primario es el 36 y Secundario vale +1, el canalsecundario será el 40.
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IEEE 802.11n III - Agregación de paquetes
Mecanismo llamado A-MPDU.Agregación de paquetes en 802.11n.
Asentimiento de bloque (BACK).
Reduce la sobrecarga de las cabeceras.
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IEEE 802.11n IV - Multiplexación espacial MIMO
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IEEE 802.11n V - Selección de throughput
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IEEE 802.11s
Procedimientos para redes WiFi malladas.
La información puede dar más de un salto através de enlaces radio.Reduce el coste de despliegue WiFi en zonasde cobertura grandes.
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Madurez de la tecnología y del mercado
Tecnología WiFi madura.802.11a/b/g: Estándares años 1999-2003.802.11n: Estándar año 2009.Seguridad 802.11i (WPA, WPA2): 2004.
Amplia disponibilidad de equipos y fabricantes.Terminales, puntos de acceso.
Programas de certificación de la Alianza Wi-Fi.http://www.wi-fi.orgPrograma de pruebas en equipos WiFi.Más de 6000 productos certificados.Wi-Fi Certified n.
Más de 700 productos certificados con interoperabilidad 802.11n.
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