estudio comparativo de las tecnologias de las redes inalambricas
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compracion de las tecnologias de las redes inalambricasTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
PROGRAMA REGIONAL DE ENSEÑANZA BALZAR
PERFIL MONOGRAFÍCO
Previo a la Obtención Del Título De:
TECNÓLOGO EN COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
TEMA:
Estudio comparativo de Tecnologías Emergentes
en relación a la Topología de Red de Malla
Inalámbrica.
AUTOR:
JUAN JOSE HOLGUIN CAJAS
BALZAR - ECUADOR
2015
Contenido
................................................................................................. i
INTRODUCCION.....................................................................................................1
UN POCO DE HISTORIA.....................................................................................2
1. FUNDAMENTOS..............................................................................................3
1.1. CONCEPTOS BÁSICOS.............................................................................3
Salto en frecuencia (FHSS: FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM). . .3
Acceso inalámbrico...............................................................................................4
FDMA....................................................................................................................5
(FDM) MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN FRECUENCIA............................5
(OFDM) ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING...................6
WDM.....................................................................................................................7
1.2. SISTEMAS ENMALLADOS DE PRIMERA, SEGUNDA Y TERCERA GENERACION......................................................................................................8
Sistemas enmallados de primera generación.......................................................8
Sistemas enmallados de segunda generación.....................................................9
Sistemas de tercera generación...........................................................................9
1.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MESH..........................................9
VENTAJAS...........................................................................................................9
DESVENTAJAS..................................................................................................10
1.4. FUTURO DE LAS REDES MESH.............................................................10
2. INFRAESTRUCTURAS DE LAS WMNS........................................................11
2.1. TOPOLOGÍAS DE REDES INALÁMBRICAS............................................11
La comunicación inalámbrica no requiere un medio...........................................11
La comunicación inalámbrica siempre es en dos sentidos (bidireccional)..........12
Un radio es solo un radio y su rol posterior es determinado por el software......12
2.2. MODOS DE OPERACIÓN DE REDES INALÁMBRICAS.........................14
2.3. HARDWARE NECESARIOS PARA INSTALAR UNA RED INALAMBRICA14
Proveedor de servicio de Internet -..............................................................14
Módem -.......................................................................................................14
Enrutador inalámbrico -................................................................................14
Equipo con cable de red -.............................................................................15
Adaptador inalámbrico para el equipo..........................................................15
2.4. CARACTERÍSTICAS DE UNA RED MESH..............................................15
Robustez:.....................................................................................................16
Topología dinámica:.....................................................................................16
Ancho de banda limitado:.............................................................................16
Canales de comunicación aleatorios:...........................................................17
Carencia de modelos de dimensionamiento apropiados:.............................17
2.5. FUNCIONAMIENTO DE LAS REDES MESH...........................................17
2.6. ALCANCE DE UNA RED MESH...............................................................19
3. ARQUITECTURA DE RED MESH..................................................................21
A. Infraestructura.-..............................................................................................21
B. Clientes mesh.-..............................................................................................21
C. Mesh híbrido.-................................................................................................21
3.1. TECNÓLOGIAS DE REDES INALAMBRICAS.........................................22
802.11b..................................................................................................................22
802.11a..................................................................................................................23
802.11g..................................................................................................................24
802.11n..................................................................................................................25
3.2. COMCLUSIONES.....................................................................................26
Bibliografía.............................................................................................................27
INTRODUCCION
Cada día se hace necesario la utilización de dispositivos inalámbricos.
Considerando que actualmente las personas necesitan medios mas
eficientes para estar en constante comunicación ya que se encuentran
viviendo una etapa donde todas las tecnologías tienen presencia en todos
los ambientes ya sea educativo o laboral.
Actualmente, el internet es el principal medio de información y resulta
imprescindible que toda persona utilice esta herramienta de trabajo,
porque constituye una especie de nuevo idioma universal y de amplio
dominio.
Los proveedores de internet están utizando cada vez mas las redes
de malla inalambrica, que son aquellas redes en las que se mezclan las
dos topologías de las redes inalámbricas, la topología Ad-hoc y la
topología infraestructura. Básicamente son redes con topología de
infraestructura pero que permiten unirse a la red, a dispositivos que a
pesar de estar fuera del rango de cobertura de los puntos de acceso
están dentro del rango de cobertura de alguna tarjeta de red (TR) que
directamente o indirectamente está dentro del rango de cobertura de
un punto de acceso (PA), y son resistente a fallos, pues la caída de un
solo nodo no implica la caída de toda la red.
Las redes Mesh son un conjunto autónomo y espontáneo de routers
móviles, conectados por enlaces inalámbricos que no precisan de una
infraestructura fija. Se proyectan para operar en ambientes hostiles e
irregulares, y sus aplicaciones son extensas tales como redes de área
personal, entornos militares, entornos ciudadanos y operaciones de
emergencia. Estas redes plantean grandes retos técnicos y funcionales
debido a la hostilidad del medio inalámbrico que representan un gran
avance tecnológico de los últimos tiempos. Esta monografía inicia con una
1
fundamentación de las redes Mesh, primero se exponen los conceptos
generales tales como FDMA, OFDM. También se muestran los sistemas
enmallados de primera, segunda y tercera generación. Por ultimo se
habla sobre el futuro de las redes Mesh y las nuevas tecnologías que se
avecinan.
UN POCO DE HISTORIA
Las redes mesh tienen su origen en las primeras redes ad-hoc. (Una red
ad-hoc inalámbrica es aquella en la que no hacen falta nodos especiales
que enrutan y gestionan el tráfico, sino que cada nodo tiene la capacidad
de reenviar paquetes dirigidos a otros nodos de la red).
Su origen se remonta a los inicios de los años setenta, cuando el DoD
(Departamento de Defensa de los Estados Unidos), inicia la investigación,
con Red de Radio Paquetes (Packet Radio Network). Esta red mejoro y
evoluciono en la Red de Radio Adaptada para Supervivencia SURAN
(Survivable Adaptive Radio Network). El DoD siguió apoyando las
investigaciones hasta lograr la red Radio Digital de Alcance Próximo
(Near Term Digital Radio).
En en 1997 define la especificación IEEE 802.11, un estándar
internacional que define las características de una red de área local
inalámbrica WLAN (Wireless Local Area Network). En 1999 el IEEE
aprueba la revisión 802.11b de la norma original 802.11, la cual
aumentaba la tasa de transferencia hasta los 11 Mbit/s. Gracias a esta
interoperabilidad las implementaciones de la tecnología Wifi se permite
que el costo de los dispositivos inalámbricos sea cada vez menor y
aparezcan las primeras comunidades de redes comunitarias en
malla(mesh) con desarrolladores y entusiastas de software libre.
Una red MESH es aquella que emplea uno o dos arreglos de conexión,
una topología total o una parcial. En la total, cada nodo es conectado
2
directamente a los otros. En la topología parcial los nodos están
conectados sólo a algunos de los demás nodos.
1. FUNDAMENTOS
El importante desarrollo y avance de las telecomunicaciones ha tenido
varios factores para ayudas de su progreso y una de ellas es la
modulación de frecuencia.
Antes de desarrollar el tema de la investigación es necesario recordar
algunos conceptos claves y además básicos.
1.1. CONCEPTOS BÁSICOS
Salto en frecuencia (FHSS: FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM)
FHSS de banda estrecha consiste en que una trama de bits se envía
ocupando ranuras específicas de tiempo en diversos canales de radio-
frecuencia. FHSS de banda ancha consiste en que durante el intervalo de
1 bit se conmutan diversos canales de radio-frecuencia. Al igual que
3
Ethernet los datos son divididos en paquetes de información, solo que
estos paquetes son enviados a través de varias frecuencias, esto es
conocido como "Hopping Pattern", la intención de enviar la información
por varias frecuencias es cuestión de seguridad, ya que si la información
fuera enviada por una sola frecuencia sería muy fácil interceptarla
Además, para llevar acabo la transmisión de datos es necesario que tanto
el aparato que envia como el que recibe información coordinen este
denominado "Hopping Pattern". El estandard IEEE 802.11 utiliza FHSS,
aunque hoy en dia la tecnologia que sobresale utilizando FHSS es
Bluetooth
Acceso inalámbrico
El acceso inalámbrico es aquél en que los usuarios obtienen su servicio
mediante un enlace óptico o de radio-frecuencias. Para tener acceso, se
han creado protocolos que garantizan que el acceso obedezca a algún
criterio acordado: acceso justo, dar prioridad a la información sensible a
retardos, ofrecer garantías de transporte confiable, etc. El acceso puede
ser mantenido indefinidamente o ser asignado temporalmente por
4
demanda de cada usuario: FAMA (Fixed Assigned Multiple Access )
DAMA (Demand Assigned Multiple Access ) Por lo general, estas
modalidades se utilizan en enlaces satelitales, aunque también es factible
encontrarlo en enlaces terrestres. El acceso inalámbrico en modo de
asignación dinámica puede presentar diversas variantes, cada una de las
cuales se adapta mejor a la aplicación específica.
FDMA
FDMA es una tecnología de acceso múltiple por división de frecuencias,
que corresponde a una tecnología de comunicaciones usado en los
teléfonos móviles de redes GSM.
FDMA es la manera más común de acceso truncado. Con FDMA, se
asigna a los usuarios un canal de un conjunto limitado de canales
ordenados en el dominio de la frecuencia. Los canales de frecuencia son
muy preciados, y son asignados a los sistemas por los cuerpos
reguladores de los gobiernos de acuerdo con las necesidades comunes
de la sociedad. Cuando hay más usuarios que el suministro de canales de
frecuencia puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al
sistema. Cuantas más frecuencias se disponen, hay más usuarios, y esto
significa que tiene que pasar más señalización a través del canal de
control. Los sistemas muy grandes FDMA frecuentemente tienen más de
un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso.
Una característica importante de los sistemas FDMA es que una vez que
se asigna una frecuencia a un usuario, ésta es usada exclusivamente por
ese usuario hasta que éste no necesite el recurso. FDMA utiliza un filtro
RF para evitar las interferencias con canales adyacentes.
(FDM) MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN FRECUENCIA
El empleo de técnicas de multiplexación por división en frecuencia
requiere el uso de circuitos que tengan un ancho de banda relativamente
5
grande. Este ancho de banda se divide luego en subcanales de
frecuencia. Cuando una portadora usa FDM para la multiplexación de
conversaciones de voz en un circuito ordinario, el paso-banda de 3 Khz
de cada conversación se traslada hacia arriba en la frecuencia según un
incremento fijo de frecuencia. Este cambio de frecuencia coloca la
conversación de voz en un canal predefinido del circuito multiplexado de
FDM. En el destino, otro FDM demultiplexa la voz, cambiando el spectrum
de frecuencia de cada conversación hacia abajo con el mismo incremento
de frecuencia que se hizo al principio hacia arriba. El principal uso de
FDM es para permitir a las portadoras llevar un gran número de
conversaciones de voz simultáneamente en un único circuito común
enrutado Las técnicas de multicanalización son formas intrínsecas de
modulación, permitiendo la transición de señales múltiples sobre un canal,
de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor.
Las aplicaciones de la multicanalización comprenden telemetría de datos,
emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia. FDM es un
ambiente en el cual toda la banda de frecuencias disponible en el enlace
de comunicaciones es dividida en subbandas o canales individuales.
Cada usuario tiene asignada una frecuencia diferente. Las señales viajan
en paralelo sobre el mismo canal de comunicaciones, pero están divididos
en frecuencia, es decir, cada señal se envía en una diferente porción del
espectro. Como la frecuencia es un parámetro analógico, por lo regular el
uso de esta técnica de multicanalización es para aplicaciones de
televisión. Las compañías de televisión por cable utilizan esta técnica para
acomodar su programación de canales.
(OFDM) ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING
OFDM es una tecnología de modulación digital, una forma especial de
modulación multi-carrier considerada la piedra angular de la próxima
generación de productos y servicios de radio frecuencia de alta velocidad
para uso tanto personal como corporativo. La técnica de espectro
6
disperso de OFDM distribuye los datos en un gran número de carriers que
están espaciados entre sí en distintas frecuencias precisas. Ese
espaciado evita que los demoduladores vean frecuencias distintas a las
suyas propias.
OFDM1 tiene una alta eficiencia de espectro, resistencia a la interfase RF
y menor distorsión multi-ruta. Actualmente OFDM no sólo se usa en las
redes inalámbricas LAN 802.11a, sino en las 802.11g, en comunicaciones
de alta velocidad por vía telefónica como las ADSL y en difusión de
señales de televisión digital terrestre en Europa, Japón y Australia.
WDM
Esta técnica conceptualmente es idéntica a FDM, excepto que la
multicanalización y involucra haces de luz a través de fibras ópticas. La
idea es la misma, combinar diferentes señales de diferentes frecuencias,
sin embargo aquí las frecuencias son muy altas (1x1014 Hz) y por lo tanto
se manejan comúnmente en longitudes de onda (wavelenght). WDM2 , así
como DWDM son técnicas de multicanalización muy importantes en las
redes de transporte basadas en fibras ópticas.
En resumen, los multicanalizadores optimizan el canal de
comunicaciones, son pieza importante en las redes de transporte y
ofrecen las siguientes características:
1 http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM2 http:// alegsa.com.ar/Dic/wdm.php
7
Permiten que varios dispositivos compartan un mismo canal de
comunicaciones
Útil para rutas de comunicaciones paralelas entre dos localidades
Minimizan los costos de las comunicaciones, al rentar una sola
línea privada para comunicación entre dos puntos.
Normalmente los multicanalizadores se utilizan en pares, un mux
en cada extremo del circuito.
Los datos de varios dispositivos pueden ser enviados en un mismo
circuito por un mux. El mux receptor separa y envía los datos a los
apropiados destinos.
Capacidad para compresión de datos que permite la eliminación de
bits redundantes para optimizar el ancho de banda.
Capacidad para detectar y corregir errores entre dos puntos que
están siendo conectados para asegurar que la integridad y
precisión de los datos sea mantenida.
La capacidad para administrar los recursos dinámicamente
mediante con niveles de prioridad de tráfico.
1.2. SISTEMAS ENMALLADOS DE PRIMERA, SEGUNDA Y TERCERA GENERACION
Sistemas enmallados de primera generación
Los sistemas inalámbricos de acoplamiento “ad hoc” utilizan un solo radio
y proporcionan el servicio (conexión a los dispositivos individuales del
usuario) y el backhaul (acoplamientos a través del acoplamiento a la
conexión atado con alambre o de la fibra), así que la congestión en
enlaces inalámbricos y la contención ocurren en cada nodo.
En una red ad hoc mesh hay un canal de radio en el cual todos los nodos
se comunican entre si. Para que los datos sean retransmitidos de un nodo
mesh a otro, estos deben ser repetidos de una manera store-and-forward.
Un nodo primero recibe los datos y en seguida los retransmite.
8
Estas operaciones no pueden ocurrir simultáneamente porque, con
solamente un canal de radio, la transmisión y la recepción simultáneas
interferirían uno con otro. Esta inhabilidad de transmitir y de recibir
simultáneamente es una desventaja seria de la arquitectura ad hoc mesh.
Sistemas enmallados de segunda generación
Con el fin de solucionar los problemas de contención y de congestión, el
acoplamiento de segunda generación fue desarrollado colocando dos
radios en cada nodo, combinando una radio del servicio 802.11b/g con
una radio del backhaul 802.11a. Mientras que esto ofreció a excedente de
la mejora del funcionamiento el acoplamiento de primera generación,
sigue habiendo los problemas. Con demanda pesada del usuario, todavía
hay contención y congestión significativas en los acoplamientos del
backhaul.
Sistemas de tercera generación
En los sistemas de tercera generación cada nodo puede enviar y recibir
datos de sus vecinos y adicionalmente a esto se maneja cada
acoplamiento por separado, los canales se pueden reutilizar lo cual
amplia la disposición del espectro. La inteligencia distribuida en cada
nodo permite para que la conmutación de canal ágil evite fuentes de
interferencia mientras que todavía permite la disposición y adiciones
rápidas a la red sin hilos del acoplamiento.
1.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MESH
VENTAJAS
Menor potencia de transmisión y mayor velocidad.
Organización y modelo de negocio cooperativo.
Red robusta y adaptable.
Bajo consumo de energía.
9
Entornos urbanos y rurales.
Solución al problema de lineas de vista.
DESVENTAJAS
Latencia. (Retardo de propagación de los paquetes).
Rendimiento. (Disminuición del rendimiento -througput-).
Seguridad (Ataques de negación de servicio Dos).
Distribución de direcciones IP.
1.4. FUTURO DE LAS REDES MESH
En los próximos dos años la IEEE hará sus últimos esfuerzos por mejorar
la estandardización de las redes mesh. Establecimiento de una red mesh
será asumido por los vendedores de los productos que incorporan el
estándar 802.11s con el fin de que el público adopte esta tecnología.
Por otro lado en un futuro se seguirán teniendo diversos tipos de tráfico
en la red, por lo cual deberán realizarse distintas políticas que permitan
introducir Calidad de Servicio (QoS) en la red. Los paquetes de voz
deben tratarse con mayor prioridad, debe existir la posibilidad de priorizar
siempre algún flujo de tráfico especial para la activación de avisos o
alarmas, ya sea mediante una comunicación de voz u otro mecanismo.
También pueden introducirse mecanismos de control de congestión, de
manera que se evite el envío de tráfico por rutas que se presenten muy
saturadas, y se aprovechen otros caminos posibles entre fuente y destino
a través de la red mallada. También deben evaluarse los distintos tipos de
hardware disponibles para realizar funciones de encapsulado de la
información mediante interfaces y protocolos estándar, o bien, la
realización de controladores específicos para los dispositivos necesarios.
(Empretel, 2006)
10
2. INFRAESTRUCTURAS DE LAS WMNS
Las redes inalámbricas constituyen una parte importante de los avances
tecnológicos; los continuos cambios a los que conlleva la globalización de
la tecnología nos ayudan a desarrollar de una forma fácil y rápida las
múltiples actividades en índoles académicas y laborales.
Por esta razón el conocimiento de las redes inalámbricas, su manejo e
importancia constituyen una necesidad para las empresas en todos los
campos e incluso en los hogares. Sin embargo, los canales donde se
transmite esta información son muy limitados y poco accesibles a la
comunidad, incluso en algunos casos se tienen que pagar una alta
cantidad de dinero para obtener este servicio.
El mundo digital en que vivimos, hace que las cosas parezcan sencillas
simplemente con tener una computadora o un teléfono Smartphone, la
comunicación entre los equipos tenológicos cada vez sigue
incrementándose llegando asi hasta en los artefactos domésticos.
2.1. TOPOLOGÍAS DE REDES INALÁMBRICAS
A continuación se hacen algunas observaciones generales que le
ayudarán a entender cómo y por qué algunas topologías de red, pueden o
no, ser aplicadas a redes inalámbricas. Estas observaciones pueden
sonar triviales, pero su comprensión es fundamental para lograr la
implementación de una red inalámbrica exitosa.
La comunicación inalámbrica no requiere un medio
Obviamente la comunicación inalámbrica no requiere de cables pero
tampoco necesita de algún otro medio, aire, éter u otra sustancia
portadora. Una línea dibujada en el diagrama de una red inalámbrica, es
11
equivalente a una (posible) conexión que se está realizando, no a un
cable u otra representación física.
La comunicación inalámbrica siempre es en dos sentidos (bidireccional)
No hay reglas sin excepción, en el caso de “sniffing” (monitoreo)
completamente pasivo o eavesdropping (escucha subrepticia), la
comunicación es no bidireccional. Esta bidireccionalidad existe bien sea
que hablamos de transmisores o receptores, maestros o clientes.
Un radio es solo un radio y su rol posterior es determinado por el software
Este software determina el comportamiento de las tarjetas de radio bajo
las capas 1 y 2 del modelo OSI, por ejemplo en las capas física y de
enlace. Teniendo en mente estas observaciones generales, podemos
evaluar la relevancia de las topologías de red para redes inalámbricas.
(Sebastian Buettrich wire.less.dk, 2005)
12
13
2.2. MODOS DE OPERACIÓN DE REDES INALÁMBRICAS
El conjunto de estándares 802.11 definen dos modos fundamentales para
redes inalámbricas:
Ad hoc
Infraestructura
Es importante comprender que no siempre, los modos se ven reflejados
directamente en la topología. Por ejemplo, un enlace punto a punto puede
ser implementado en modo ad hoc o Infraestructura y nos podríamos
imaginar una red en estrella construida por conexiones ad hoc. El modo
puede ser visto como la configuración individual de la tarjeta inalámbrica
de un nodo, más que como una característica de toda una infraestructura.
2.3. HARDWARE NECESARIOS PARA INSTALAR UNA RED INALAMBRICA
Para configurar una red inalámbrica en casa o en una oficina
pequeña, necesita:
Proveedor de servicio de Internet - Conexión a Internet de alta
velocidad de un proveedor (ISP). En este documento se presupone
que ya ha probado el acceso a Internet conectando el equipo
directamente al módem con un cable de red.
Módem - Convierte la señal del ISP en una señal digital, utilizada
por el enrutador. El ISP generalmente proporciona el módem DSL o
de cable.
Enrutador inalámbrico - Controla las señales inalámbricas entre
equipos y otros dispositivos en la red.
14
NOTA: En algunos casos, el módem y el enrutador se combinan en
un único dispositivo, que se denomina punto de acceso inalámbrico.
Equipo con cable de red - El cable se usa durante la configuración del enrutador, y después se desconecta.
Adaptador inalámbrico para el equipo. Una vez que la red
inalámbrica esté instalada, el equipo necesitará un adaptador
inalámbrico para comunicarse con el enrutador. La mayoría de las
notebooks tienen un adaptador inalámbrico integrado, pero para las
desktops existen adaptadores inalámbricos externos que pueden
conectarse en un puerto USB. (2015 Hewlett-Packard Development
Company, 2015)
2.4. CARACTERÍSTICAS DE UNA RED MESH
Una red enmallada es compuesta por una colección de nodos que se
comunican entre sí, de manera directa. Si no hay necesidad de una
entidad centralizada que los controle el modo de operación se conoce
15
como distribuido, pero puede existir una entidad central que administre las
condiciones de operación de la red, en cuyo caso se conoce como
centralizado. En cualquier caso, la comunicación se realiza entre los
nodos directamente y cada nodo puede ser al mismo tiempo fuente o
destino de los datos o un enrutador de la información de otro nodo. En la
Figura se muestra un diagrama de una red de múltiples saltos, donde la
información es llevada desde un extremo a otro por diferentes nodos.
Las características más relevantes de las redes enmalladas inalámbricas
son las siguientes:
Robustez: La presencia de enlaces redundantes entre los usuarios
permite que la red se reconfigure automáticamente ante fallas.
Topología dinámica: Se supone que las redes enmalladas tienen
la capacidad de reaccionar ante cambios de la topología de la red.
Por lo tanto la topología cambiante es una condición de diseño
necesaria.
Ancho de banda limitado: Como el proceso de comunicación
exige transportar datos de otros usuarios y la cercanía de unos con
otros precisa una coordinación en los tiempos de transmisión, las
redes enmalladas cuentan con enlaces que usualmente
permanecen en condiciones de congestión.
Existen esfuerzos importantes en el estándar 802.16-2004 para
mejorar el acceso al medio y lograr mejores desempeños en la red.
Las primeras versiones de redes enmalladas basadas en el
estándar 802.11 son bastanteineficientes en el aprovechamiento
del espectro.
16
• Seguridad: La información transmitida se encuentra expuesta a
la amenaza de viajar a través de un medio compartido. El estándar
define una subcapa de seguridad para proteger la información de
los usuarios y evitar el acceso de usuarios no autorizados.
Canales de comunicación aleatorios: A diferencia de las redes
fijas, las redes inalámbricas cuentan con la incertidumbre propia de
los canales de comunicación de radio. La característica cambiante
de los mismos hace bastante inciertas las condiciones de
comunicación. El estándar define aspectos como la modulación y
codificación adaptativas para hacer frente a este problema.
Carencia de modelos de dimensionamiento apropiados: El
modelo de capacidad de redes de datos está orientado a
determinar la capacidad del enlace ante procesos de
multiplexación de la información de los usuarios. El modelo de
capacidad de las redes enmalladas de múltiples saltos es un
problema abierto, Las redes enmalladas proveen, sin embargo,
condiciones que permiten el acceso a usuarios en regiones
apartadas.
2.5. FUNCIONAMIENTO DE LAS REDES MESH
En las redes MESH cada nodo de radio multiple soporta una cobertura de
Backhaul en todas las direcciones, gracias a que se utiliza una estructura
circular de antena.
Esta topología, a diferencia de otras más usuales como la topología en
árbol y la topología en estrella, no requiere de un nodo central, con lo que
se reduce el riesgo de fallos, y por ende el mantenimiento periódico (un
error en un nodo, sea importante o no, no implica la caída de toda la red).
Las redes en malla pueden prescindir de enrutamiento manual, o apenas
requerir atención para el mantenimiento de éste. Si se implementan
protocolos de enrutamiento dinámicos, podrían considerarse
17
“autoenrutables”, exceptuando escenarios en los que el tamaño y/o carga
de la red son muy variables, o se requiere una tolerancia a fallos
practicamente nula (por ejemplo, debido a la labor crítica que
desempeñan algunos de los nodos que la componen). La comunicación
entre dos nodos cualesquiera de una red en malla puede llevarse a cabo
incluso si uno o más nodos se desconectan de ésta de forma imprevista,
o si alguno de los enlaces entre dos nodos adyacentes falla, ya que el
resto evitarán el paso por ese punto —los nodos adyacentes a un nodo o
enlace fallido propagarán un cambio en la tabla de rutas, notificando a
nodos contiguos del cambio en la red, y así sucesivamente. En
consecuencia, una red en malla resulta muy confiable. Una red
con topología en malla ofrece total redundancia y por tanto una fiabilidad y
tolerancia a fallos superiores. Aunque la facilidad de solución de
problemas y el aumento de la confiabilidad son ventajas muy interesantes,
estas redes resultan caras de instalar, pues requiere forzosamente la
interconexión de cada nodo con los nodos vecinos (aumentando el
número de interfaces de las que debe disponer cada nodo) y el coste de
la infraestructura –cableado, switches/puentes, repetidores de señal,
puntos de acceso, etcétera– de toda la red. Por ello cobran mayor
importancia en el caso de redes parcial o totalmente inalámbricas —la
redundancia de rutas para un mismo destino compensa una mayor
susceptibilidad a fallos, entre otros inconvenientes propios de las redes
sin hilos. (http://es.wikipedia.org, 2015)
18
2.6. ALCANCE DE UNA RED MESH
Para definir el alcance de una red Mesh hay que tener en cuenta una
Variedad de factores que afectan su radio de acción. Algunos de estos
Factores son:
La potencia de la tarjeta inalámbrica.
El tipo y ganancia de la antena.
La ubicación de la antena.
El terreno en que se encuentra, la existencia de intrusiones u
obstrucciones en la ruta de la señal inalámbrica.
La existencia de interferencia inalámbrica de otros dispositivos que
provoquen un incremento en el nivel ruido general.
La sensibilidad inalámbrica de los dispositivos de recepción.
El tipo de antena, ganancia y ubicación de los dispositivos de
recepción.
La apropiada revisión de los sitios, la correcta instalación, la experiencia y
una selección cuidadosa del equipamiento de recepción, todo esto
19
optimizará la capacidad de cobertura del mesh. (MARTINEZ & KELSEY,
2007)
20
3. ARQUITECTURA DE RED MESH
La arquitectura de las redes mesh se puede clasificar en tres tipos:
A. Infraestructura.- La infraestructura está formada por los routers mesh
y es el esqueleto de la red. Dichos routers realizarán las funciones de
gateway, routing, etc., y permitirán la conexión a Internet. Del mismo
modo interconectan todo tipo de redes inalámbricas existentes, como
puede ser Wifi, WiMax, telefonía móvil,... tal como muestra la Ilustración
1. Aquellos dispositivos que tengan tecnología Ethernet se conectarán a
los routers mediante la misma. Para aquellos dispositivos que utilicen la
misma tecnología radio que dispongan los routers, se conectarán
directamente a ellos, y si es distinta podrán hacerlo mediante sus
estaciones base que a su vez utilizarán Ethernet.
B. Clientes mesh.- Los clientes mesh proporcionan una conexión punto a
punto entre los dispositivos además de realizar funciones básicas de red,
como encaminamiento o configuración. De este modo no es necesario un
router mesh. Estos clientes forman una red y sería similar a la conocida
ad-hoc. Sin embargo, los clientes mesh disponen de una tecnología
superior a los clientes habituales puesto que su software y hardware han
de ser capaces de soportar las funciones necesarias para la conexión.
C. Mesh híbrido.- Esta arquitectura combina la infraestructura con los
clientes mesh. Los clientes mesh podrían acceder a la red a través de la
red de routers o a través de otros clientes mesh aumentando así la
cobertura. Además de ello, se interconectan los otros tipos de redes ya
existentes como puede ser Wifi, WiMax, redes móviles, radio,... Los
routers mesh tienen una movilidad reducida y están concentrados en
realizar todas las tareas de encaminamiento y configuración facilitando la
tarea de los clientes y otros nodos y reduciendo su trabajo. Se mantiene
la tecnología multi-hop gracias a la red de routers desde la que no es
21
necesario que todos los nodos tengan completa visión de todos los nodos
existentes, sino que tan sólo es necesario visualizar los nodos cercanos.
(Beatriz Gómez Suárez, 2010)
3.1. TECNÓLOGIAS DE REDES INALAMBRICAS
En la actualidad, existen cuatro opciones: 802.11b, 802.11a, 802.11g y
802.11n. Las tablas a continuación comparan estas tecnologías.
Nota
Los tiempos de transferencia enumerados hacen referencia a condiciones
óptimas. Es posible que no se puedan lograr en circunstancias normales
debido a diferencias en el hardware, los servidores web, las condiciones
del tráfico de red, etc.
802.11b
La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999.
22
Velocidad
Hasta 11 megabits por segundo (Mbps)
Ventajas
Tiene buen alcance de señal
Desventajas
Tiene la velocidad de transmisión más lenta.
Permite menos usuarios simultáneos.
Usa una frecuencia de 2,4 GHz (la misma que muchos hornos microondas, teléfonos inalámbricos y otros aparatos), lo que puede producir interferencias.
802.11a
La revisión 802.11a fue aprobada en 1999. El estándar 802.11a utiliza el
mismo juego de protocolos de base que el estándar original.
Velocidad
Hasta 54 Mbps
Ventajas
Permite más usuarios simultáneos.
Usa una frecuencia de 5 GHz, lo que limita las interferencias
23
de otros dispositivos.
Desventajas
Tiene un alcance de señal inferior, que se puede ver obstruido con mayor facilidad por paredes u otros obstáculos.
No es compatible con los adaptadores de red, los enrutadores y los puntos de acceso 802.11b.
802.11g
En junio de 2003, se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g,
que es la evolución de 802.11b.
Velocidad
Hasta 54 Mbps
Ventajas
Tiene una velocidad de transmisión comparable a 802.11a, si las condiciones son óptimas.
Permite más usuarios simultáneos. Tiene buen alcance de señal y no
se ve obstruida fácilmente Es compatible con los adaptadores
de red, los enrutadores y los puntos de acceso 802.11b
Desventajas
Usa una frecuencia de 2,4 GHz y, por tanto, presenta los mismos problemas de interferencias que 802.11b.
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802.11n
En enero de 2004, el IEEE anunció la formación de un grupo de trabajo
802.11 (Tgn) para desarrollar una nueva revisión del estándar 802.11. La
velocidad real de transmisión podría llegar a los 600 Mbps (lo que
significa que las velocidades teóricas de transmisión serían aún mayores),
y debería ser hasta 10 veces más rápida que una red bajo los estándares
802.11a y 802.11g, y unas 40 veces más rápida que una red bajo el
estándar 802.11b. También se espera que el alcance de operación de las
redes sea mayor con este nuevo estándar gracias a 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. (ASSOCIATION)
El estándar 802.11n fue ratificado por la organización IEEE el 11 de
septiembre de 2009.
Velocidad
Dependiendo del número de secuencias de datos que admita el hardware, 802.11n puede transmitir datos a velocidades de 150 Mbps, 300 Mbps, 450 Mbps ó 600 Mbps
Ventajas
Tiene la velocidad más rápida Usa varias señales y antenas para
una mayor velocidad Permite más usuarios simultáneos. Tiene el mejor alcance de señal y
no se ve obstruida fácilmente Es resistente a las interferencias de
otros dispositivos Puede usar la frecuencia de 2,4
GHz o de 5,0 GHz Si usa la frecuencia de 2,4 GHz, es
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compatible con los adaptadores de red, enrutadores y puntos de acceso 802.11g.
Desventajas
Si usa una frecuencia de 2,4 GHz y, puede tener los mismos problemas de interferencias que 802.11b.
Este protocolo aún está en etapa de finalización y algunos requisitos podrían cambiar
Si tiene más de un adaptador de red inalámbrica conectado en el equipo,
o bien si el adaptador usa más de un estándar, puede especificar el
adaptador o el estándar que debe usarse en cada conexión de red. Por
ejemplo, si usa un equipo para la transmisión por secuencias multimedia a
otros equipos de la red, debe configurarlo para que use una conexión
802.11a ó 802.11n (si está disponible). De este modo, obtendrá una
velocidad de transferencia de datos más rápida cuando vea vídeos o
escuche música.
3.2. COMCLUSIONES
En el presente artículo se describió las redes Wireless Mesh Network, que
es una tecnología moderna robusta y flexible debido principalmente a su
capacidad de auto-regenerarse y auto configurarse. Además por tener
una infraestructura con redundancia que permite la propia reparación de
rutas, lo cuales una gran ventaja en comparación con otras tecnologías
inalámbricas. Las redes WMN ya han sido implementadas en ciudades y
universidades alrededor del mundo, satisfaciendo las exigencias de sus
usuarios, gracias a su infraestructura robusta, flexible e innovadora.
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Después de lo expuesto podemos decir que, las tecnologías estudiadas y
comparadas basadas en redes MESH la más eficiente es la 802.11n, que
nos brinda confiablidad, velocidad y mayor números de usuarios
conectados.
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