Introducción a las Redes Inalámbricas

Material Profesor

Temario

• Introducción

• Características

• Clasificación– Redes inalámbricas personales (PAN)– Redes inalámbricas locales (WLAN)– Redes inalámbricas Metropolitanas (WMAN)– Redes inalámbricas extendidas (Wide Area)

• Servicios y Aplicaciones

• Proyecciones y Retos

Introducción

• Inalámbrico– Sin cables

– Referente a uniones, conexiones o enlaces que no se basan en el contacto físico a través de cables

– Se utiliza en el ámbito de las Tecnologías de la Información y de la Comunicación para referirse a las tecnologias Wi-Fi, Bluetooth, IrDA, DECT entre otras donde diferentes aparatos cercanos se comunican utilizando ondas radioeléctricas mediante emisor y receptor incorporados

• Red– Unión de dos o más computadoras (o dispositivos), mediante un medio

físico, para crear una comunicación entre ellos que les permita compartir información y recursos

Redes inalámbricas

• Red en la cual los medios de unión entre las estaciones no son cables

• Las redes inalámbricas se caracterizan esencialmente por que el medio de transmisión usado para el intercambio de información entre dos nodos, son ondas electromagnéticas que viajan a través del aire

• A diferencia de las redes que utilizan un medio físico alambrado para estos efectos (par trenzado o fibra óptica); estas redes usan un medio disperso el cual otorga mayor movilidad de sus usuarios para conectarse a ellas

Redes LAN

Las Redes Inalámbricas

Satelital

Personales

Telefonía Celular

Componentes sistema inalámbrico

• Dispositivo de comunicación– Terminal usuario para enviar/recibir señales a la red inalámbrica

• Estación base– Recibe y envía las señales entre dispositivo usuario y la central de conmutación

• Central de conmutación– Procesa, direcciona y completa las llamadas generadas por los usuarios – Ejecuta funciones puente entre usuarios inalámbricos y tradicionales

Características

• Sus principales ventajas son que permiten una amplia libertad de movimientos, facilidad en la reubicación de las estaciones de trabajo

• Rapidez en la instalación

• Algunas de las técnicas utilizadas en las redes inalámbricas son: infrarrojos, microondas, láser y radio

• Las redes por radio se dividen en clases según se trate de equipos de radioenlace que necesiten “Línea Vista" lo que significa antenas entre cada extremo que une a un equipo con visibilidad directa del tipo óptico, y otras son redes sin “Línea Vista"

Clasificación de las Redes Inalámbricas

Local AreaLocal AreaPersonal AreaPersonal AreaMetropolitan AreaMetropolitan Area

Wireless LAN

IEEE 802.11, HiperLAN/2

PAN

Bluetooth

WiMAX IEEE 802.16,MMDS, LMDS

Clasificación de las Redes Inalámbricas

Wide AreaWide Area

Cellular Systems

GSM, TDMA, CDMAGPRS, EDGEW-CDMA, 3G

Tipos de Redes Inalámbricas

• Redes de telefonía:– 2ª generación : GSM– 2.5 generación : GPRS, HSCSD– 3ª, 4ª … generación– CDPD; Ricochet de Metricom, IS-95, …

• Wireless Metropolitan Area Networks– IEEE 802.16

• Satélites:– Satélites Geostationary Earth Orbit (GEO)

• Ejemplo: Inmarsat

– Satélites Low-Earth Orbit (LEO)• Ejemplo : Iridium (66 satellites) (2.4 Kbps data)

• Infrarrojos:– IrDA

• Ultra-Wide Band (UWB)

Redes inalámbricas personales(PAN)

• Esta clasificación corresponde a aquellas redes cuyo ámbito específico de aplicación es el ámbito de conexión entre computadores personales y dispositivos asociados (agendas electrónicas, celulares, impresoras, mouse, etc.)

• Distancias menores a 30 metros aproximadamente

• Entornos de oficinas, laboratorios y viviendas

• Estándares:– Infra-Rojos (IrDA)– Bluetooth– IEEE 802.15.(unir bluetooth con 802.11)– HomeRF.(protocolo orientado a la vivienda)

Redes inalámbricas personales (PAN)

Redes PAN (Personal Area Network)

• El marco que gobierna a este tipo de aplicaciones y servicios corresponde al estándar IEEE 802.15, el cual tiene sub grupos de estudios encargados de mejoras que se están desarrollando en este tipo de conexiones

• El estándar mas ampliamente divulgado en el mercado que corresponde a esta categoría, es el conocido como Bluetooth (Diseñado por Ericsson) el año 1998 y que dió origen a la creación de este grupo de estudio

Es un Standard global de comunicación inalámbrica, que entrega la posibilidad de intercambio de datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia.

Busca facilitar la comunicación entre equipos móviles y físicos, eliminando los cables y conectores entre ellos. Además permite la creación de pequeñas redes inalámbricas de forma sencilla.

Bluetooth

Bluetooth (Historia)

• Nombre proviene del rey danés Harald Bluetooth (Harald Blaatand II)– Rey Vikingo 940-981– Unificó Dinamarca y Noruega en siglo X

• 1994– Ericsson investiga la factibilidad de una interfase vía radio para la

interconexión entre teléfonos móviles y otros aparatos

• 1998– Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel forman el grupo SIG: Special Interest

Group (Grupo de Interés Especial)

Bluetooth

• Red Ad Hoc

• Modulación radial de espectro disperso tipo Frequency-hopping (FHSS) radio

• Opera en la banda no licenciada 2.4 GHz ISM

• Velocidad de acceso de 1 Mb/s

• Time division duplex (TDD) operation

Aplicaciones

• Sectores Industriales– Automoción, Aeronáutico, Naval, otros transportes. – Bienes de equipo mecánico / eléctrico / Electrodomésticos. – Ordenadores, Equipos de oficina / hogar. – Telecomunicaciones y Equipos electrónicos. – Otros segmentos industriales

• Sectores de Servicios– Financieros. – Contenidos / ocio. – Administración y servicios públicos. – Servicios privados a empresas

¿Lo nuevo en PAN?

• IrDA y Bluetooth están anticuado– poco ancho de banda

• Alternativa: UWB, UltraWideBand– Promete hasta 400Mb/s– Bajo costo de integración– Bajo consumo de batería– ¿Posible sustituto del USB?

Redes inalámbricas locales (WLAN)

• Corresponde a aquella redes que están circunscritas a una localidad que equivale a la superficie de un edificio, o una casa (varias decenas o cientos de metros)

• Los estándares asociados a esta categoría de redes están regidos por la familia de protocolos cubiertas por el estándar IEEE 802.11, los cuales establecen una serie de mecanismos y protocolos que permiten diferenciar esquemas de transmisión y modulación para lograr mejores velocidades y rendimientos para transmitir datos

Redes inalámbricas locales WLAN

Proposito de WLAN

• Lo mismo que con LANs alámbricas pero sin cables– Alcance hasta 100-400 metros

• WLAN vs LAN– Similitudes

• velocidad

• alcance

• número de nodos soportados

– Diferencias• número de nodos por red

• roaming

• Movimiento

• La historia de las redes inalámbricas locales se remonta a principio de los años 70, cuando en la Universidad de Hawai, se implementó la primera red inalámbrica compuesta por 7 computadores

• Posteriormente surgieron las conocidas redes locales de primera generación (1G) que se usaron en la banda de 902-928 Mhz, ISM. La velocidades eran del orden de 500 Kb/s y su ámbito de aplicación fue militar

– En 1985 Estados Unidos liberó las bandas de frecuencia Industrial, Científica y Médica (ISM)

– No requieren ser licenciadas por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC)

• Las redes inalámbricas locales de segunda generación (2G), operaban en un rango de frecuencia de 2.40 -2.483 GHz, donde lograron velocidades de hasta 2 Mb/s, cuatro veces más que sus predecesoras

WLAN (1)

• Las redes de tercera generación, operan en la misma banda que sus predecesoras (2G). O sea 2,40-2,483 Ghz , pero esta vez alcanzan velocidades de hasta 11 Mbps. Esta es la tecnología que actualmente se usa en forma más masiva ( IEEE 802.11b)

• El año 1990 dentro del IEEE, se crea el Grupo de Trabajo para redes inalámbricas llamado IEEE 802.11 Working Group. Ha creado diversos estándares asociados a este de redes, los que se diferencian en una serie de formas de modulación y los rangos de frecuencia donde operan

WLAN (2)

• La Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), es una agrupación que promueve el estándar para “wireless fidelity” (Wi-Fi, http://www.wi-fi.org/)

– Wi-Fi abreviatura de Wireless Fidelity

– Son todos los productos que incorporan cualquier variante de la tecnología inalámbrica 802.11 definida por la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

• La misión es certificar la interoperabilidad de todos los productos Wi-Fi™(IEEE 802.11) y promover a Wi-Fi™ como el estándar global para redes wireless LAN en todos los segmentos de mercado”

• Esta asociación tenía 83 empresas (Marzo, 2001) y tenía 79 productos certificados a (Enero, 2001)

IEEE 802.11 Interoperabilidad

Topología

Redes inalámbricas Metropolitanas (WMAN)

Wireless MAN (Metropolitan Area Networks)

• Soluciones de acceso inalámbrico de banda ancha (BWA -Broadband Wireless Access), diseñados para operar en ambientes tanto urbanos como rurales

• Acceso inalámbrico de banda ancha (BWA)– IEEE 802.16 "Broadband Wireless MAN" (WiMAX)– ETSI HiperMAN– Local Multipoint Distribution Service (LMDS)

• La aplicación más directa es la implementación de una red de acceso Banda Ancha, inalámbrica, para permitir a operadores no dominantes el competir en el mercado del acceso a Internet

• WiMax nace como una iniciativa de un grupo de fabricantes de tecnologías inalámbricas, destinada a promover el uso de esta tecnología, y a definir un estándar que permita un alto grado de interoperación entre distintas implementaciones

• Viene a regular LMDS (frec. altas, eje. 38Ghz) y MMDS (frec. bajas, eje. 2.5Ghz)

– MMDS (Multi-channel Multi-point Distribution System)– LMDS (Local Multipoint Distribution Service)

Banda Ancha Fija (WiMAX - IEEE 802.16)

WiMAX

• WiMAX (Acceso por microondas de interoperabilidad mundial), probará y certificará la interoperabilidad de los equipos de acceso de banda ancha inalámbrica que usan el estándar técnico 802.16

• La nueva tecnología 802.16 permitirá a las computadoras personales que utilizan el estándar 802.11 inalámbrico (Wi-Fi), alcanzar distancias más largas para acceder a Internet

• La tecnología 802.16 provee un alcance de hasta 49,6 kilómetros, sin necesidad de una línea directa a la estación de la base inalámbrica

• La tecnología ofrece índices de información compartida de hasta 70 megabits por segundo, que pudiera fácilmente permitir a más de 60 empresas con conexiones a Internet de tipo T1 y cientos de hogares con DSL conectarse simultáneamente con la Internet, de acuerdo con WiMAX

La idea del WiMAX

Par/Coax/Fibra

La idea del WiMAX

WiFi Hotspot

La idea del WiMAX

Backhaul

Low CapacityAccess High Capacity

Access

La idea del WiMAX

Mobility

Arquitectura WiMax

Estándares WiMax (1)

• P802.16 – Interfaz inalámbrica para sistemas fijos que opera entre 10 y 66 GHz

– Definición de MAC compatible con IEEE 802.11 (común)– Soporta múltiples definiciones de interfaces PHY ,con la base operando a

10-66 Ghz.– Operación punto multipunto (PMP)– Velocidad de 2 a 155 Mbps– Enlaces en visibilidad

• P802.16a — 2-11 GHz bandas licenciadas– Sistema BWA Punto – multipunto – Modulación OFDM y sistemas unicarrier

• P802.16b — bandas no licenciadas, en el rango 5-6 GHz– Redes metropolitanas de alta velocidad no licenciadas (WirelessHUMAN)– Rango de operación en 5-6 GHz (banda UNII)– Modulación OFDM

• P802.16.2 — Coexistencia de sistemas BWA – Rango de operación en 2-11 GHz

Estándares WiMax (2)

Hub LMDS Unidad RemotaLMDS

• 28-31 GHz

• Sistemas P - MP y P - P

• Multiple Mb/s to 100’s of Mb/s

Local Multipoint Distribution Service (LMDS)

Wifi and WiMAX Laptop Wireless Forecast

-

10,000,000

20,000,000

30,000,000

40,000,000

50,000,000

60,000,000

70,000,000

80,000,000

2001 2002 2003 2004 (proj) 2005 (proj) 2006 (proj) 2007 (proj) 2008 (proj)

Nu

mb

er o

f N

ote

bo

ok

PC

s

Total Notebooks

WiFi Enabled

WiMAX Enabled

WiMAX Portabilidad Estimada

Redes inalámbricas extendidas (Wide Area)

• Corresponde a aquellas redes cuya cobertura puede abarcar varias decenas o incluso cientos de kilómetros, donde se provee el servicio en general mediante una red de telecomunicaciones (tipo celular, o satelital)

• La evolución que han experimentado esta redes tiene su origen en las redes celulares y actualmente se han masificado y aplicado a otros ámbitos

• Actualmente este segmento también ha experimentado una fuerte evolución tecnológica la cual se manifiesta mediante el surgimiento de una gran variedad de estándares y servicios que son complementarios entre sí

Redes inalámbricas extendidas

• La historia de las redes inalámbricas extendidas partió a fines de los años 40 en Estados Unidos y a fines de los años 50 en Europa, con los primeros servicios de telefonía móvil (calidad de voz muy mala y equipos muy pesados)

• Sin embargo, fue en los años 70 donde se introdujo el primer servicio público de telefonía celular en USA, el cual fue posible gracias a surgimiento de los microprocesadores y la microelectrónica

– Esto correspondía al primera generación de servicios de comunicaciones (1G) los cuales eran esencial análogos y dedicados a transmitir voz solamente

• Fue en esta época que surgió el estándar AMPS (Advanced Mobile Phone System) que permitió masificar este servicio alcanzado una adopción de 20 millones de usuarios el año 1990

Redes inalámbricas extendidas (2)

Evolución de las redes móviles (1)

• 1946 St. Louis, Missouri Mobile Telephone Service (MTS)– Instalado en un coche, sólo half-duplex en la banda de los 150 MHz y

número muy limitado de usuarios

• 1960 sistema mejorado Improved Mobile Telephone Service (IMTS)– Las mismas limitaciones básicas

• 1958 – 1977 A-Network Alemana– 10.000 usuarios, 154-177 MHz, llamadas gestionadas a mano

• Posteriormente en EEUU, aparece el primer sistema celular AMPS (Advanced Mobile Phone Service).

– Primera reutilización de frecuencias (845 MHz – 890 MHz)– Marcado por tonos

• 1972 comienza a operar la red alemana B-Network– Carencia de localización de los usuarios, aunque por fin podían hacer

llamadas sin operadora manual– Dejo de funcionar en 1994 y contó con más de 25.000 usuarios

Evolución de las redes móviles (2)

• Años 70: los laboratorios Bell prueban la telefonía celular analógica (telefonía de 1ª generación, 1G)

– No estandarizada

• Años 80: se comercializa la 1G, sobre todo en Norte de Europa– Aparecen incompatibilidades entre países. En España, aparece MoviLine.

• 1982: El CEPT (Conference of Europe Posts and Telecom) crea el Groupe Special Mobile (GSM) para estandarizar telefonía 2G

• 1989: La estandarización de GSM se traslada de CEPT a ETSI

• 1991: Se comercializa GSM en Europa (inicialmente 900 MHz)– 1993: Existen 36 redes GSM en 22 países diferentes

• 2000: Aparece GPRS (General Packet Radio Service, 2,5G)– Solución provisional para datos mientras llega UMTS (3G)

• A principio de los años noventas surge un nuevo estándar llamado GSM (Global System for Mobile Communications) el cual permitió dar los primeros pasos hacia una oferta de servicios de datos limitados, más el servicio de roaming

– Este corresponde a la segunda generación de sistemas móviles (2G)

• Surge un cambio importante en la arquitectura de las redes– Las comunicaciones se digitalizan y la conmutación de circuitos pasa a ser

Conmutación de Paquetes similar a las redes de datos convencionales– Ello permite una serie mejoras en los de servicios que se ofrecen a los usuarios

para evitar que estos sean objeto de fraude telefónico

Redes inalámbricas extendidas (3)

• Con la introducción del protocolo GPRS (General Packet Radio Service) que se incorpora en las redes GSM, con lo cual se asiste a un nuevo salto en la evolución que se llama (2.5G) surgen las conexiones permanentes (tipo ADSL) en este mundo de redes móviles

• La tercera generación de servicios móviles (3G) surge con el advenimiento de los servicios tipo multimedia para los teléfonos celulares (videoconferencia, video streaming, audio de calidad, etc.)

• No obstante, el gran desafío de esta generación era lograr la incorporación de un estándar universal de comunicaciones conocido con UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) que seria el sucesor de GSM, TDMA; y todas las tecnologías predecesoras

Redes inalámbricas extendidas (4)

No obstante ello, no ha sido posible debido a diversos problemas que han surgido en el camino. Estos son:

– Problemas financieros que han impedido una evolución de estos nuevos servicios

– Falta de acuerdo entre USA, Europa y Asia, en definir un estándar global para estos servicios.

• Los servicios de cuarta generación (4G) son un nuevo concepto de comunicaciones móviles que pretende alcanzar velocidades de hasta 100 Mb/s

– La idea es ofrecer servicio de videoconferencia de alta calidad, y realidad virtual

• Este estándar pretende estar disponible en el mercado en el año 2010– La entidad que lo patrocina es la organización NTT DoCoMo.

Redes inalámbricas extendidas (5)

Telefonía Móvil: Terminales

Softphone instalado en Compaq iPAQ, utilizando una Conexión is 802.11b WLAN

Cables de conexión

LAN de baja velocidad

LAN de media-alta velocidad

Conexión telefónica (módem)

Equivalente a:

NoNoSíSíItinerancia (roaming)

FHSS y

DSSS

150 m

2,4 GHz e Infarrojos

1-2 Mb/s

IEEE 802.11

WLAN 97 (Wireless LAN)

FHSSDSSSVariasTécnica radio

10 m70 m35 KmRango

2,4 GHz2,4 y 5 GHz0,9/1,8/2,1 GHzFrecuencia

721 Kb/s11-54 Mb/s9,6/170/2000 Kb/sVelocidad

IEEE 802.15 (Bluetooth)

IEEE 802.11a y 802.11b

GSM/GPRS/UMTSEstándar

WPAN (Wireless Personal Area

Network)

WLAN 99 (Wireless LAN)

WWAN (Wireless WAN)

Tipo de red

Comparación de tecnologías inalámbricas móviles

Servicios

• AREAS COMUNES,• SALAS DE REUNIONES,

• LABORATORIOS,• OFICINAS TEMPORALES

“CORPORATE CAMPUS”

• AEREOPUERTOS• HOTELES

• CENTROS DE CONGRESOS

“HOME OFFICE”

• CONEXIÓN RÁPIDA• MOVILIDAD

• PUESTA EN MARCHASENCILLA

Usos de las WLAN

“HOT SPOTS”

Aplicaciones WLAN

INTERNET

Hot Spot

(Internet)

PrivadoIndoor/Outdoor

Sistemas Información

WAN IP

WANs - Redes en aviones

Ejemplo de uso de una WLAN

VoIP en Hot Spot públicos Wi-Fi

• T-Online USA y Verizon

• Cingular USA (UMTS-3G)

• Vodafone (SFR France)

• NTT (Japón)– Acuerdo con Sharp para que en los Hot Spots se proporcionase una

solución de VoWLAN– PDA Zaurus con sistema operativo Linux

New York WiFi Hotspots

• Wireless en Manhattan

– Más de 500 teléfonos públicos han sido convertidos a HotSpots públicos

– La policía ha comenzado a usar HandHelds WiFi para cursar infracciones en línea

– Existen 112 Starbucks y 60 McDonalds que ofrecen el servicio, y casi todas las universidades, parques y plazas disponen de cobertura, en forma gratuita.

Aplicaciones en el mercado

• Cada vez más equipos de sobremesa y teléfonos móviles

Wi-Fi (WaveLAN)

Radio Hub

Cable, xDSL, V9010/100-BaseT

Wireless LAN

Bluetooth

Wireless PAN

Multimedia &MessagingServer

• voz y datos• video postcards•imágenes up/download

• codec• bandwidth manager• store & forward• playback

Content

GPRS/EDGE/TDMABaseStation

UMTS/CDMA2000BaseStation

IP Network

Wireless Backbone and Gateways

Location Services

Servicios inalámbricos integrados

Percepción de éxito: Convergencia Fijo-Móvil

• SMS, MMS sobre línea fija

• Video llamada móvil

• Número único

• VPN fijo-móvil

• El teléfono móvil puede salir por la red celular o red fija vía WiFi (o Bluetooth)

– “El terminal GSM se convierte en inalámbrico en la casa”

Retos

• Frecuencia disponible internacionalmente

• Privacidad

• Duración de baterías

• Salud humana

• Relación AB/Costo

El mundo sin cables..

“La convergencia entre Informática y las Telecomunicaciones acaba de empezar. La cantidad de aparatos capaces de conectarse sin hilos a las telecomunicaciones en todo momento y lugar, dará lugar a muchas innovaciones. El nuevo mundo es móvil”

Craig Barret, Presidente de Intel

ETRE , Sevilla, 8 de Octubre de 2002

en 25 años...