I. INTRODUCCIÓN

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s muy común el uso de redes WiFi, en escenarios, diversos, tales como residencias, campus universitarios

empresas y sitios públicos, por lo que es posible que al instalar una nueva red WiFi el área de cobertura se expanda a zonas donde ya existían otras redes, quedando la misma área cubierta por 2 o mas redes WiFi, que puede traer lentitud en la transferencia de archivos.

E

La dificultad de la cercanía geográfica entre redes inalámbricas Wifi se traduce en bajas velocidades de transferencia de archivos, incluso si existen pocos PC conectados, el articulo explicará ¿por qué ocurre esto?, cuantificará experimentalmente la tasa de transferencia de archivos en redes Wifi, cuando existen redes que comparten un mismo canal de comunicación, dará un recomendaciones sobre ¿cómo puede mejorarse la comunicación?, y planteará un procedimiento sencillo de planificación y escogencia de los canales de comunicación para evitar de ser posible estas interferencias.

En un aspecto más amplio este documento servirá a quienes involucren en procesos industriales el monitoreo o control inalámbrico usando tecnologías Zigbee que estén en la misma zona geográfica que redes WiFi.

Zigbee y WiFi trabajan en la banda de 2,4Ghz, es por esto que existe la posibilidad de interferencia, cómo cuantificar y evitar esa interferencia, son parte de una investigación más amplia [1] tendiente a reconocer la interferencia producida por Wifi a procesos de comunicación en redes industriales Zigbee y a otros dispositivos inalámbricos que trabajan en la frecuencia ISM 2.4Ghz, (Industrial, Scientific and Medical) bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial.

II.ANTECEDENTES CONCEPTUALES

Las redes inalámbricas 802.11, son redes básicamente inseguras,[2] y además pueden ser interferidas por una gran cantidad de elementos que funcionan en la frecuencia de 2.4Ghz[2], tales como teléfonos inalámbricos, microondas, dispositivos bluetooth, y Zigbee entre otros.[1], esta interferencia puede afectar velocidad de transmisión siendo en muchos casos muy inferior a la velocidad nominal esperada para una red WiFi que es de 54Mbps[2]

Esta baja velocidad de transferencia es causada por varios factores como la modulación, el encapsulamiento de los protocolos, la sintonización fina de la tarjeta de red y el router inalámbrico, también están los protocolos de encriptación usados, la distancia al router, o access point, el factor que este documento analiza es el solapamiento de las redes WiFi que usan el mismo canal. Las redes en modo infraestructura se configuran usando un enrutador inalámbrico o Access point [2] usando un el esquema como el mostrado en la Figura 1.

Figura 1 Modo infraestructura con Access point

La configuración formada por el punto de acceso y las estaciones ubicadas dentro del área de cobertura se llama conjunto de servicio básico o BSS. En el modo infraestructura cada una de las redes WiFi tienen un identificador llamado

Problemática y soluciones a la interferencia entre redes WiFi por solapamiento de canales.

(Agosto 2011)Roberto Carlos Guevara Calume,

RCGCalumeIng Sistemas Esp. Redes corporativas integración Tecnologías

rcgcalume@une.net.co

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BSSID de 48bits que corresponde a la MAC del Access point. [2].

Es posible vincular varios puntos de acceso o BSS con una conexión llamada sistema de distribución SD [2], conformando un conjunto de servicio extendido o ESS, generalmente empleando un router inalámbrico, cada ESS y cada BSS deben ser ubicados en un canal diferente para evitar interferencias [2].

Canales empleados en las redes Wifi

La comunicación WiFi se establece en la banda de 2.4Ghz, con 14 canales, cada canal ocupa 22 MHz de ancho de banda[2],[3].

Tabla 1 Canales IEEE 802.11b/g Wifi

Banda Frecuencia Canal

2.4GHz 2412.0 MHz 12.4GHz 2417.0 MHz 22.4GHz 2422.0 MHz 32.4GHz 2427.0 MHz 42.4GHz 2432.0 MHz 52.4GHz 2437.0 MHz 62.4GHz 2442.0 MHz 72.4GHz 2447.0 MHz 82.4GHz 2452.0 MHz 92.4GHz 2457.0 MHz 102.4GHz 2462.0 MHz 112.4GHz 2467.0 MHz 122.4GHz 2472.0 MHz 132.4GHz 2484.0 MHz 14

El estándar IEEE 802.11b/g permite solo tres canales no interferentes espaciados 3MHz.[2][3][4], la Figura 2 muestra gráficamente la disposición de canales y espaciado entre estos resaltando los canales no interferirles 802.11b/g

Figura 2 Canales No interferibles y anchos de banda

Es necesario “ver” la asignación de canales usados por los ESS y BSS existentes geográficamente cercanos, para analizar si estos están solapados, esto se logra con [6] este solapamiento implica interferencias [5].

III. PROCEDIMIENTO DE ESCOGENCIA DE CANAL

Para poder instalar una red WiFi, debe asegurar que no existen otros ESS trabajando en el mismo canal, para lograrlo se usan analizadores de espectro.

El procedimiento para realizar la instalación de una red WiFi libre de interferencias consta de 4 pasos, ilustrados en el diagrama de flujo 1.

Diagrama de flujo 1 pasos para instalación de una red WiFi

Sin embargo es posible que no se pueda acceder en la zona a un canal no interferible, puesto que pueden existir redes WiFi que ocupen ya estén ocupando los canales 1, 6 y 11, e incluso pueden existir otras redes que usen otros canales que se solapen parcialmente, en este caso debemos buscar un canal donde el impacto de este solapamiento sea mínimo, la cuantificación de este impacto se ilustra en este mismo documento.

IV. MATERIALES

Para poder cuantificar experimentalmente la disminución de la tasa de transferencia de archivos en redes WiFi, que comparten un mismo canal se realizó un montaje con los siguientes elementos.

No

Si

Existen Canales libres?

P4: Asignación del canal libre al router  

P3: Escaneo y búsqueda de canales libres, WiFi desde la ubicación de los clientes 

P2: Selección de la ubicación de los Clientes Wifi

P1: Selección de la ubicación del router o Access point,

 

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A. Software

El software empleado fue inSSider [6] esta utilidad libre permite “ver” los ESSID de las redes inalámbricas que se encuentren en la zona, así como los canales usados gráficamente, también muestra la intensidad de trasmisión de los ESS señales, y el solapamiento de las señales.

B. Hardwarwe

Las pruebas se realizaron un computador portátil HP TouchSmart TX2 2010 con tarjeta Wireless LAN 802.11a/b/g/n y tecnología Bluetooth

Otras especificaciones Técnicas de la HP TouchSmart tx2 son:

Procesador AMD Turion™ X2 RM-77 Dual-Core Memoria de 3072MB DDR2 a 800MHz Disco Duro de 320GB SATA a 7200RPM

El router usado fue un NetGear WGT624

Internet/WAN:- 10/100 Mbps (auto-sensing) Ethernet, RJ-45

LAN:- 4 ports 10/100 Mbps (auto-sensing) Ethernet, RJ-45

Wireless:-Network Speeds: 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 18, 24,36, 48, & 54 Mbps (auto-rate capable) 108 Mbps (Static and Dynamic)

-Modulation Type: OFDM with BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, DBPSK, DQPSK, CCK

- Frequency Band: 2.4GHz, Standards Capability: 802.11g and 802.11b - Antenna: 2 dBi attached

C.Escenario de Pruebas

Las pruebas se realizaron haciendo uso [6] que realiza la función de analizador espectro, funcionando sobre un equipo portátil, es usó la herramienta, inSSIDer[6], la cual es un programa de escaneo que realiza un análisis de espectro en la banda de 2,4GHz en tiempo real.

Para las pruebas se decidió usar un escenario totalmente real, de variables no controladas, el escenario de pruebas es típico de muchos sitios residenciales donde existen varias redes WiFi cada una con su propio ESSID, que convergen en un mismo sitio geográfico, interfiriendose entre sí.

Se instaló una red de tipo infraestructura entre el portátil y el router, luego se conectó por cable un PC que comparte el archivo a transferir, un esboso de la situación se muestra en la figura 3, la red de prueba se bautizó con el ESSID RCGCalume, se configuró el router usando un canal interferido, canal 11, y otro no interferido, canal 1.

Figura 3 Infraestructura empleada

D.Archivo transmitido

Se realizó la transmision de un archivo de tipo pelicula avi, se escoje este tipo de archivo por ser de gran tamaño, mayor a un GB y que ademas tiene un radio de compresion alto que no permite ser comprimido durante la transmision.

V. TOMA DE MUESTRAS

El cálculo del valor en dBm en un punto con una potencia P, que viene dado por la fórmula (1).

dBm=10 x logP

1 mW(1)

Debe tenerse en cuenta que si se quieren realizar operaciones más complejas sobre los dBm, por ejemplo, sacar un promedio de los datos, estos deben ser transformados a potencia, sacar el promedio y luego transformar el resultado de vuelta a dBm usando la formula (2).

dBm promedio=10 x log (∑i=1

n

Pn

nmW) (2)

Las ecuaciones (1) (2), deben emplearse para calcular y promediar los resultados obtenidos, lo cual es realizado entregado por el inSSIDer. Figura 4

La transmision del archivo de prueba se realizó 10 veces usando el canal 11 con interferencia de otras redes WiFi, luuego de envio otras 10 veces al mismo archivo usando el canal 1 libre y sin solapaminetos con otras redes, finalmente, se promedio se contrasto la tasa de tranferencia para cada caso.

Se escaneó con inSSIDer, la situación de distribución de las redes (ESSID) cercanas y los canales que usan Figura 4.

3

Figura 4 Configuración de la red de control RCGCalume en canal 11

La figura 4 muestra que la red RCGCalume “en azul”, está ubicada en el canal 11, y se solapa con la red “Veronica” ubicada en el canal 10. . en esta situación la tasa de transferencia promedio de los 10 envios fue de 384KB/Segundo

En el análisis de la figura 4 se observa que el canal 1 está libre, se ubica entonces el router en este canal , se envían nuevamente el mismo archivo, se promedia la velocidad de trasferencia.

Nuevamente se hace un escaneo con el software inSSIDer, de la nueva situación de la distribución de las redes cercanas en los canales figura 5.

Figura 5 Distribución en los canales de las redes cercanas luego del cambio

La figura 5 muestra que la red RCGCalume “en azul”, esta ubicada en el canal 1, no se solapa ni es interferida por otras redes, en esta situación la tasa de transferencia promedio de los 10 envios fue de 1.93MB//Segundo

VI. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

De la figura 2 se infiere que los canales 2 ,3, 4 y 5 interfieren en mayor o menor grado con las comunicaciones del canal 1,asi el canal 6 es interferido por los canales 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 y 10 de igual forma el canal 11 es interferido por los canales 7, 8, 9, 10, 12,13 y 14.

Es posible que no se pueda acceder en la zona a un canal no interferible, puesto que pueden existir redes WiFi que ocupen los canales 1, 6 y 11

En la trasferencia del archivo realizada en el canal 11 Con interferencia de la red con ESSID” VERONICA”, muestra que la velocidad de envío del archivo es de en promedio de

348KB/segundo, dada que la transferencia está dada en Mbps (bits por segundo) se realiza el cambio de unidades.

348 KBps∗8=2784 Kbps (3)

2784 Kbps1024

=2,71875 Mbps(4 )

Luego el envio del archivo cuando no existe interferencia, en el canal 1 es de 1,93 MB/segundo, es decir más de 5 veces la velocidad alcanzada en la prueba anterior (4), se realizan nuevamente los cambios de unidades

1,93 MBps∗8=15,44 Mbps(5)

Los resultados obtenidos de los envios se ven el la tabla 2

Tabla 2 Tabla de resultados de trasferencia con y sin interferencia entre los canales.

Canal usado Promedio de Envio Estado

1 2,71875 Mbp s(4)

Interferido

11 15,44 Mbps(5) No interferido

En las figuras 4 y 5 se muestra gran interferencia producida por varias redes que usan simultaneamente en el canal 6, la ubicación de una nueva red en este canal, por los resultados de la tabla 2 se esperarian bajas muy tasas de transferencia.

La red veronica ubicada en el canal 10 se solapa 3Mhz, con las redes unicadas en el canal 6, se suguiere al lectro un trabajo que realice estas mismas pruebas bajo 6 en esenarios parecidos donde una red en un canal C se solape 3, 6, 9 Mhz para cuantificar en cada caso la tasa caida de transferencia.

La tasa de transferencia en canales que se solapan depende del trafico instantaneo como se experimento en otras pruebas,

VII. BIBLIOGRAFIA

[1] Guevara Calume R, Caracterización de un proceso automatizado de trabajo cooperativo con robots, para determinar la configuración topológica más confiable con nodos en movimiento en un escenario de alto tráfico e interferencia continua, ITM 2011.[2] Kurose James, Ross Keith W, redes de Computadores, pag[3] Jin-A, Park Seung-Keun, Park Pyung-Dong, Cho Kyoung-Rok, Cho, Analysis of spectrum channel assignment for IEEE 802.11b wireless LAN , IEEE explorer,2002[4] Byeong Gi Lee, Sunghyun Choi, Broadband wireless access and local networks: mobile WiMax and WiFi, artech house inc,2008 497-564.Peason. [5]Wifi Alliance. Julio de 201.1. http://www.wifi.org/knowledge_center_overview.php[6]Metageek.mayo de 2011

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http://www.metageek.net/products/inssider ., open-source Wi-Fi scanner software.

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