wi-fi. conectividad en todo lugar y momento · oído hablar de wi-fi? ... con alcances de pocas...

INTRODUCCIÓN¿Quién, a estas alturas, no ha

oído hablar de Wi-Fi? A pocoque se siga la evolución de lastecnologías de la información ylas comunicaciones (TIC) , Wi-Fiserá un término que habrá entra-do en nuestro vocabulario, aligual que lo ha hecho TCP/IP, ADSL, UMTS, u otrosacrónimos que designan la tecnología, bien sea fija omóvil, dominante en un momento determinado.

El ritmo de crecimiento de Internet y de la telefoníamóvil, con más de 700 y 1.400 millones de usuarios,respectivamente, dan prueba de la aceptación por partede los usuarios de los diversos servicios que se ofrecena través de estas redes: navegación Web, correo electró-nico, comunicaciones móviles, mensajes cortos, etc. Sicombinamos Internet con las comunicaciones móviles,el cocktail resultante debería ser, sin duda, explosivo.Pues bien, eso es lo que pretende conseguir el nuevoestándar de comunicaciones inalámbricas Wi-Fi, quesurgió hace muy pocos años y que ya está empezandoa alcanzar un cierto grado de madurez.

De una manera muy simple, las redes que utilizan laradio �el espectro radioeléctrico� para establecer una

comunicación, se pueden clasificar en dos tipos: lascelulares, propias de las comunicaciones móviles (telé-fonos celulares), que cubren una superficie tan grandecomo se quiera y dan servicio a millones de usuarios, ylas inalámbricas, utilizadas en entornos locales y quedan servicio a un número más limitado de usuarios,pudiéndose emplear tanto para las comunicacionesvocales (por ejemplo, los teléfono inalámbricos DECTde hogar), como para comunicaciones de datos (WLANy WPAN). En este artículo nos limitaremos a explicarestas últimas, concretamente las que hacen uso delestándar Wi-Fi, válido para WLAN.

Las redes inalámbricas, en general, están adquirien-do un éxito sin precedentes debido a una acertada com-binación de factores: una tecnología eficaz con el usodel espectro, muy orientada al despliegue de redes loca-les de pequeño tamaño; un entorno regulatorio que per-mite su libre uso; una lógica fácilmente integrable y demuy bajo coste, y una interoperabilidad de equiposgeneralmente exitosa. Sin embargo, la tecnología subya-cente no es trivial, sino que ha requerido un estudio pro-fundo de cómo obtener un uso muy eficiente de unrango escaso de frecuencias, cómo conseguir unaamplia cobertura con potencias de emisión muy bajas(menores de 1 W, similares a las de un teléfono móvil),y todos los aspectos relacionados con la seguridad de lascomunicaciones.

33Autores científico-técnicos y académicos

José Manuel HuidobroIng. de Telecomunicación.

[email protected]

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y momento

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CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE DATOS

Según su área de cobertura, las redes de datos seclasifican como de ámbito personal (PAN, Personal AreaNetworks, con alcances de pocas decenas de metros),locales (LAN, Local Area Networks, con centenares demetros), metropolitanas (MAN, Metropolitan Area Net-works, que alcanzan varios kilómetros) y de larga dis-tancia (WAN, Wide Area Networks). Según la naturale-za del medio de soporte físico para el transporte de lainformación, se dividen en fijas (por cable de cobre ofibra, fundamentalmente) e inalámbricas (emisiones deradio u ópticas por medio aéreo).

Las genéricamente denominadas �redes inalámbri-cas Ethernet (Wireless LAN)� son redes inalámbricasbasadas en emisiones de radio, con unos fundamentostecnológicos análogos a los de las redes Ethernet cable-adas y, principalmente, orientadas a facilitar la movili-dad de los usuarios dentro de un entorno limitado.

HISTORIA DE LAS REDES INALÁMBRICASLas primeras experiencias con redes inalámbricas

datan de 1979 cuando científicos de IBM en Suiza des-

pliegan la primera red de importancia con tecnologíainfrarroja. Pero no es hasta 1985 cuando se comienzanlos desarrollos comerciales de redes con esta filosofía,momento en el que el órgano regulador del espectroradioeléctrico americano, la FCC, asignó un conjuntode estrechas bandas de frecuencia para libre uso en lasbandas de los 2,4 y los 5 GHz. Inmediatamente, la Aso-ciación de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, IEEE,designó una comisión de trabajo para desarrollar unatecnología de red en las mismas: la 802.11. A partir deese momento se liberaron una serie de estándares(conocidos, genéricamente, como Wi-Fi), el más recien-te de los cuales ha sido el IEEE 802.11g.

Las ventajas de las redes en estos rangos de frecuen-cias son claras: no requieren licencias para su desplieguey pueden ser implantadas en cualquier ubicación, tantopara uso público como privado. Como contrapartida,presentan una serie de importantes inconvenientes:interferencias impredecibles con redes próximas, confrecuencias iguales o parcialmente solapadas, espectroempleado por otras aplicaciones (redes Bluetooth, usosdomésticos como teléfonos inalámbricos, emisores devídeo, mandos de control remoto, hornos microondas,etc.), una potencia de emisión muy limitada que restrin-ge mucho la cobertura y una banda de uso muy estre-cha que permite delimitar muy pocos canales no inter-ferentes.

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34 Autores científico-técnicos y académicos

Figura. Estructura típica de una WLAN con puntos de acceso.

APLICACIONES DE WI-FIComo se puede ver más adelante, Wi-Fi es la deno-

minación genérica para los estándares de redes inalám-bricas que siguen los estándares IEEE 802.11. Sus apli-caciones son muchas y variadas, desde su uso enentornos domésticos para conectar un PC al router omódem ADSL que nos facilita la conexión a Internet, yformar así una pequeña red inalámbrica casera parapoder utilizar nuestro ordenador, fijo o portátil, en cual-quier rincón de la casa, hasta aplicaciones de accesopúblico, los famosos �hot spots�, pasando por las apli-caciones empresariales en entornos cerrados para cone-xión a la LAN corporativa.

Las redes Wi-Fi surgieron para aplicación en interio-res, es decir, en el entorno de un edificio o, comomucho, un complejo de edificios, y por tal motivo lapotencia de emisión de los equipos se limitó �no habíanecesidad de más�. Dentro de éstos, la red Wi-Fi facili-ta el acceso de los usuarios a la LAN corporativa contotal movilidad.

Muy pronto, su uso seextiende al exterior y, así,surgen los puntos de accesopúblico o hot spots, inicial-mente ofrecidos de formaaltruista para que accedie-ra cualquiera, pero mástarde con intereses mercanti-les por los operadores Wi-Fisurgidos al efecto. El servicio quedan estos operadores, mediante pagopor uso, se extiende a lugares públicos de gran concen-tración de usuarios, como son aeropuertos, estacionesde trenes y autobuses, hoteles, estadios, gasolineras, etc.El servicio más típico es el de acceso a Internet median-te una clave o uso de una tarjeta de prepago, pero tam-bién podría ser el de acceso a redes celulares, por ejem-plo UMTS, o cualquier otro.

Este servicio no solamente lo ofrecen los operadorestradicionales, sino que otros, no convencionales creadosa tal efecto, como son ayuntamientos, montan sus redesy después se las ofrecen a sus ciudadanos para que éstosaccedan a Internet o mantengan comunicaciones telefó-nicas de manera gratuita o a un coste muy reducido, yaque Wi-Fi, además de datos soporta voz sobre IP. Enestos casos hay que tener en cuenta las imposicioneslegales sobre los servicios que se ofrecen para no incurriren faltas administrativas que podrían ser sancionadas.

Los principales problemas que presentan los hotspots son: el control de los usuarios que acceden almismo, la garantía de la integridad e inviolabilidad delas comunicaciones, y las interferencias que puedenproducir otros dispositivos, frente a las cuales no hayprotección ya que la banda de frecuencias que seemplea es de uso común y cualquiera puede estar tra-bajando en la misma área, incluso un operador compe-tidor del otro que ya está ofreciendo sus servicios.

Figura. Mapa de París mostrando la localización de hot spots Wi-Fi.

Otro ejemplo, muy típico, es el de extensión delacceso a Internet en zonas rurales de difícil acceso, a lasque se llega con una línea de banda ancha, por ejemplomediante satélite, y después se extiende el serviciomediante Wi-Fi.

Las aplicaciones como WLAN corporativa sonobvias. En este caso el control de la seguridad es másfácil, ya que físicamente el alcance de la red se limita alinterior del edifico y no puede ser accedida desde elexterior. Pero en cualquier caso, habrá que disponer delos mecanismos de control de acceso habituales en laLAN cableada para asegurarse de que usuarios no auto-rizados puedan tener acceso.

LA FAMILIA DE ESTÁNDARES IEEEEl primer estándar que surgió fue el 802.11 (1997),

el cual sentó las bases tecnológicas para el resto de la

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Wi-Fi

familia. No tuvo apenas relevancia por la baja velocidadbinaria (bitrate) alcanzada, de tan sólo 1 o 2 Mbit/s, y lacarencia de mecanismos para asegurar las comunicacio-nes. Muy poco después se publicó el 802.11b con granéxito comercial. Opera en la banda de los 2,4 GHz ypermite alcanzar velocidades binarias teóricas de 11Mbit/s mediante el empleo de mecanismos de modula-ción de canal y protección frente a errores bastanterobustos, aunque en la práctica es difícil superar unancho de banda efectivo de 6 o 7 Mbit/s. Cuando elcanal de transmisión es ruidoso posee un mecanismo denegociación que reduce la velocidad en escalones pre-definidos (11, 5,5, 2 Mbit/s), aumentando paralelamen-te la robustez de los mecanismos de protección frente aerrores. Para complementar su operativa incorpora unprotocolo de cifrado de las comunicaciones, el WEP(Wired Equivalent Privacy) o privacidad análoga a redescableadas), habida cuenta de la imposibilidad de confi-nar las emisiones en un medio más protegido como esel cable, en el caso de las redes fijas.

Desafortunadamente, este nombre no se correspondíaa la realidad, pues muy poco después de su publicación sedescubrieron importantes fallos que permitían la intrusiónen las comunicaciones muy fácilmente, haciendo uso deun equipo convencional (sniffer) y de bajo coste. Pese a loanterior, el éxito ha sido de tal magnitud que aceleró laliberación de nuevos estándares y reclamó una especialatención por las entidades de regulación, las cuales empe-zaron a valorar la ampliación del espectro para este tipo deusos. El siguiente estándar fue el 802.11a, el cual tiene laparticularidad de operar a una mayor velocidad (teórica-mente hasta 54 Mbit/s) mediante unos esquemas de codi-ficación de datos más sofisticados y en la banda de 5 GHz(concretamente de 5,150-5,350 para interiores y de5,470-5,725 para exteriores) que aporta más ancho debanda. Su empleo no está tan extendido como el 802.11bpor el menor rango de cobertura, debido a la mayor ate-nuación de las frecuencias empleadas y al hecho de ser,hoy por hoy, los equipos más caros.

Recientemente se aprobó el 802.11g, que mejoraostensiblemente en varios aspectos: sigue operando enel rango de los 2,4 GHz, con lo cual es compatible conel 802.11b, pero amplía la velocidad hasta los 54 Mbit/steóricos (en la práctica se obtiene un tasa efectiva de lamitad), y propone un protocolo de securización másrobusto denominado WPA (Wi-Fi Protected Access).Dichas mejoras han relanzado más, si cabe, la confian-za del mercado en la tecnología, y como consecuenciade ello las implantaciones y venta de productos y solu-ciones a medida, como ha sido, por ejemplo, la delForum 2004 en Barcelona.

Los tres estándares (b, g y a), agrupados como Wi-Fi, presentan unos parámetros de operación muysimilares: para el nivel máximo de potencia permitido lacobertura en áreas no supera los 300 metros, salvo quese utilicen antenas muy directivas y de gran ganancia,mientras que en interiores se obtendrían unos 100metros. Es necesario visibilidad directa entre los equiposemisor y receptor, sufriendo graves atenuaciones oincluso pérdida total de señal si hay obstáculos entremedias.

Una de las claves del éxito comercial ha sido labuena interoperabilidad existente entre equipos de dife-rentes fabricantes, labor que ha llevado a cabo la Wi-FiAlliance http://www.wi-fi.org. Este organismo, con cercade 200 empresas entre sus miembros ha fomentado latecnología y garantizando su buen uso. Todos los equi-pos certificados llevan el sello Wi-Fi, razón por la que aestos estándares se los conoce también como Wi-Fi.

FUNCIONAMIENTOA continuación se explicará, de una manera muy

simple, el funcionamiento de este tipo de redes, quepueden ser de dos tipos: ad-hoc e infraestructura.

• El modo denominado �ad-hoc� es el más elemen-tal, permite que un conjunto reducido de termina-les de usuario, con los correspondientes adaptado-res para la red inalámbrica, se comuniquen entresí directamente sin ningún tipo de jerarquías. Aun-que es una solución poco común, podría darse enentornos cerrados (sin conexión con redes exter-nas) donde interesa un intercambio eficiente deinformación entre todos los equipos. La comuni-cación es óptima pues el emisor y receptor que, enun momento dado, tomen el control del mediotransmiten la información una única vez. Su aisla-miento frente a otras redes es su principal inconve-niente y la causa de su uso esporádico.

• El otro modo, el más común, se denomina�infraestructura�. Un único equipo se configuracomo estación base (Punto de Acceso), asumien-do la tarea de gestión del acceso al medio y deconcentrador único de la información transmitida.De esta manera se establece una jerarquía de dosniveles: equipos que constituyen la infraestructurade red propiamente dicha y los terminales decliente con sus correspondientes adaptadores almedio inalámbrico. La estación base suele estar



conectada a otras redes (cableadas o igualmenteinalámbricas), permitiendo la integración de losequipos en su celda con dispositivos exteriores.

Figura. Access Point mostrando sus conectores de red y la antena omnidireccional.

ANTENASUn elemento fundamental en una comunicación por

radio son las antenas, pues de ellas dependerá la zonade cobertura (directividad) y el alcance conseguido.Dado un equipo (Access Point), que emite con unadeterminada potencia, la potencia final radiada depen-de de las pérdidas que introduzca el cable que lo une ala antena, ya que a las frecuencias de trabajo (2,4 y 5GHz) la atenuación es elevada y unos pocos metros dedistancia puede representar un grave deterioro de laseñal (por tanto, cuanto más corto mejor) y de la ganan-cia de esta (cuanto más mejor, pero teniendo en cuentaque no se sobrepasen los límites establecidos por lalegislación vigente).

Figura. Antena de tipo planar.

La clasificación de las antenas puede atender anumerosos criterios, siendo los principales por su ubi-cación y por la forma del lóbulo de emisión de la radia-ción. Atendiendo a la ubicación, las antenas puedenser de interiores o de exteriores. En las primeras primael volumen pequeño, la estética y no suelen ser de granpotencia. En las segundas es su robustez frente almedio, ya que se encuentran a la intemperie. Por laforma de su patrón de emisión, las hay omnidireccio-nales (cobertura circular), direccionales osectoriales/planares (cubren un determinado ángulo) ymuy directivas (ángulos por debajo de los 15 grados).Además de todo lo anterior, hay que tener en cuenta laganancia que presenta cada modelo de antena pararealizar correctamente un diseño, encontrando mode-los comerciales desde 2 a 24 decibelios (dB). Otra cla-sificación atiende a la tecnología de diseño (parabóli-cas, Yagi, helicoidales, de panel, etc.).

La adecuada selección de las antenas significa dis-poner de cobertura en la zona de operación, sin áreasde sombra y con señal suficiente para trabajar a unavelocidad elevada. Pero, también, un exceso de poten-cia de señal da cobertura a zonas más alejadas de lodeseado, pudiendo interferir con otras celdas (con loque de nuevo baja el rendimiento del sistema por múl-tiples conexiones), además de permitir que equipos ale-jados puedan recibir las emisiones, facilitando notable-mente la tarea de los hackers.

TERMINALES DE CLIENTECon el fin de conectarse a las redes inalámbricas, los

equipos de cliente necesitan adaptadores específicos,sino vienen ya preparados para ello, como es el caso delos portátiles equipados con Centrino. Estos adaptado-res suelen ser tarjetas del tipo PCI o PCMCIA, o del tipoUSB, de menor tamaño y más fáciles de instalar

• PCI

Aunque parezca contradictorio, el mercado de equi-pos de sobremesa está demandando fuertementeadaptadores wireless en formato de tarjeta PCI, yaque con ellos los PC pueden cambiar su ubicación sinproblema y ser utilizados en cualquier lugar de laempresa. Lo que parece un inconveniente, la necesi-dad de abrir el equipo para insertar la tarjeta, puedeconvertirse en una ventaja por la dificultad frente alrobo. Suelen poseer una pequeña antena externa.



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• PCMCIA

Hasta el momento, son los adaptadores fundamenta-les para permitir la conexión de portátiles, tablet PCy otros dispositivos móviles, aunque cada vez más secomercializan con soluciones internas ya integradas,por ejemplo en las PDA. Son de un tamaño muyreducido y sus prestaciones no alcanzan a las de lastarjetas PCI, debido a sus pequeñas antenas internas.

Figura. Adaptador PCMCIA Wi-Fi para ordenador portátil.

• USB

Los adaptadores externos USB aportan notables ven-tajas pues no necesitan alimentación externa, se

reconocen automáticamente, son de muy pequeñotamaño y pueden orientarse muy fácilmente pararecibir mejor la señal, aunque debido a lo diminutode su antena, su alcance resulta muy reducido. Tam-bién, al ser un elemento fácilmente removible, estánmuy expuestos al robo.

COMPETIDORES DE WI-FIAntes y durante la aparición de las redes Wi-Fi, otras

tecnologías inalámbricas han pugnado por ocupar eseimportante segmento de uso que configuran las redesLAN.

Wi-Fi ha penetrado con fuerza en las empresas, loestá haciendo en lugares públicos y empieza a asomar-se al hogar, con las importantes reducciones en el preciode la lógica, dispositivos hasta ahora teóricamente leja-nos como equipos de vídeo, sonido, proyectores, PDA,consolas de juegos, etc. empiezan a incorporarla.

Pero, en este territorio, el de las redes personales(PAN), sí hay otros rivales. El más importante de todosellos es Bluetooth, que ha venido a desplazar a los infra-rrojos. Aunque su uso en este ámbito, todavía, no está



Figura. Esquema de funcionamiento de Bluetooth.

muy extendido, sin embargo, está presente en unaamplia cantidad de equipos. Esta paradoja se producepor su reciente inclusión en buena parte de los teléfonosmóviles, aunque no es frecuente su empleo por los usua-rios. Sin embargo sus problemas de interoperabilidad ysu escasa velocidad (inferior a 1 Mbit/s) plantean dudassobre su idoneidad y frenan su expansión de tal formaque algunos analistas ven su final a manos de UWB.

La más reciente aparición es UWB (Ultra WideBandwidth). Inicialmente surgida para aplicaciones mili-tares y planteada como una tecnología PAN inalámbri-ca, se está planteando seriamente su empleo en redesWLAN. Sus ventajas son una tecnología que emplea elespectro de manera eficiente, es muy robusta frente ainterferencias, tiene mayor poder de penetración deinfraestructuras y un ancho de banda muy elevado(>100 Mbit/s). Todavía está en la fase final de desarro-llo y no se esperan productos hasta el próximo año,pero está levantando una gran expectación.

Independientemente del ganador, muchos equiposempiezan a incluir dos tecnologías para ampliar surango de uso. Es el reciente caso de los portátiles y PDA,lo que les permite una cómoda conexión con redes loca-les, así como con móviles y otros dispositivos.

Por otra parte, las redes Wi-Fi permiten la construc-ción de las denominadas �microceldas�, áreas de cober-tura de un radio inferior a pocas centenas de metros.Pero, ¿cómo asociar microceldas próximas para constituirredes inalámbricas de mayor cobertura? El procedimien-

to comúnmente empleado es la interconexión de cadauna a las redes públicas cableadas de los operadores.

Este modelo, habitual en las grandes ciudades, es dedifícil implantación en zonas rurales y dispersas, ya queexige disponer de una red fija �cara� en las cercanías.Considerando esta limitación, el IEEE estableció elgrupo de trabajo, el 802.16, para proponer una tecno-logía inalámbrica de largo alcance para redes WANinalámbricas (Wireless WAN). El resultado ha sido laaprobación del estándar IEEE 802.16, cuyas caracterís-ticas más destacables son una importante compatibili-dad técnica con la serie 802.11 (lo que facilitará lainmediata salida de productos al mercado), y el permi-tir flujos binarios de hasta 70 Mbit/s con rangos decobertura muy amplios (entre 50 y 70 km).

Emulando el éxito que el consorcio Wi-Fi Alliancetiene en la homologación de equipos sobre el 802.11,nació el WiMAX Forum http://www.wimaxforum.org,con el objetivo de promover el uso e interoperabilidadde equipos 802.16, que rápidamente ha tenido el apoyoactivo de destacados actores del sector.

En definitiva, cuantas más opciones tengamos anuestro alcance, más posibilidades de elección, peromás complicado se convierte el proceso, sobre todo sino disponemos de la información adecuada o de losconocimientos suficientes para poder valorarla, algoque se ha pretendido resolver, al menos en parte, con laelaboración de este pequeño artículo divulgativo.



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