Guia de Redes II Primera Parte 2019B

CONTENIDO
1.DATOS INALÁMBRICOS — INTRODUCCIÓN
1.1. Voz inalámbrica / 2
1.1.1. Ancho de banda mínimo fijo / 2
1.1.2. Definición vaga de calidad de servicio / 3
1.1.3. Requisitos de retraso / 4
1.2. Redes de área local inalámbricas (WLAN) / 5
1.2.1. WLAN Ad hoc / 5
1.2.2. Infraestructura WLAN / 6
1.3. Redes Celulares de Área Amplia / 7
1.4. Redes inalámbricas fijas / 8
1.5. Redes de área personal / 10
1.6. Redes de datos satelitales / 10
1.7. IP móvil / 12
1.8. El espectro inalámbrico / 13
1.8.1. Bandas con licencia y sin licencia / 14
1.8.2. Sistemas de datos inalámbricos de bajo consumo / 14
1.8.3. Banda Ultra-Ancha (UWB) / 14
1.8.4. La Banda ISM / 15
1.8.5. U-NII Spectrum / 16
1.8.6. Espectro de Sistemas Celulares / 16
1.8.7. Sistemas inalámbricos fijos / 17
1.8.8. Redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN) / 20
1.8.9. Comunicaciones de datos satelitales / 20
Referencias / 21
2. ARQUITECTOS DE REFERENCIA PARA DATOS INALÁMBRICOS
Redes sociales
2.1. Bluetooth TM / 24
2.1.1. Radio Bluetooth / 25
2.1.2. Capa de banda de base / 26
2.1.3. Protocolo de gestión de enlace (LMP) / 26
2.1.4. Protocolo de enlace lógico y capa de protocolo de adaptación(L2CAP) / 26
2.1.5. Perfiles de Bluetooth / 26
2.1.5.1. Perfil de acceso genérico (GAP) / 26
2.1.5.2. Perfil de la aplicación de descubrimiento de servicios(SDAP) / 27
2.2. IEEE 802.11 / 27
2.2.1. Capa Física (PHY) / 29
2.2.1.1. Medio físico dependiente (PMD)Subcapa / 29
2.2.1.2. Protocolo de convergencia de la capa física(PLCP) / 29
2.2.2. Subcapa de control de acceso medio (MAC) / 30
2.2.2.1. Ventanas de contención / 30
2.2.3. Planos de gestión de capas y estaciones / 31
2.3. HIPERLAN / 2/32
2.3.1. Capa Física / 32
2.3.1.1. Adaptación del enlace / 33
2.3.2. Capa de control de enlace de datos / 33
2.3.2.1. MAC / 33
2.3.2.2. Control de enlace de radio (RLC) / 33
2.3.2.3. Selección dinámica de frecuencia (DFS) / 33
2.3.2.4. Control de errores (EC) / 34
2.3.3. Capa de convergencia (CL) / 34
2.4. Redes de acceso inalámbrico de banda ancha / 35
2.4.1. El plano de usuario / 36
2.4.2. Layer MAC / 36
2.4.2.1. Subcapa de convergencia (CS) / 37
2.4.2.2. Subcapa de pieza común de MAC (CPS) / 37
2.4.2.3. Subcapa de privacidad / 37
2.4.3. PHY / 37
2.4.4. IEEE 802.16 a / 37
2.4.5. Acceso inalámbrico de banda ancha móvil (MBWA)Red / 38
2.5. Redes de datos celulares / 38
2.5.1. Redes celulares norteamericanas y europeas / 38
2.5.2. Módems de grado de voz / 39
2.5.3. Aspecto relativo de las generaciones de redes celulares / 40
2.5.4. Red Básica / 42
2.6. Resumen / 43
Referencias / 43
3. COMPONENTES DE UNA LAN INALÁMBRICA
3.1. Redes de área local (LAN) / 48
3.1.1. Interconexión LAN (Topología) / 49
3.1.2. Mecanismos de direccionamiento / 50
3.1.3. Especificación del medio / 50
3.1.4. Mecanismos de la capa física / 51
3.1.5. Capa de control de enlace de datos / 51
3.1.6. Diferenciación de tráfico / 51
3.1.7. Conexión WAN / LAN / 51
3.2. Componentes de LAN inalámbrica / 52
3.2.1. Componentes de la capa física / 52
3.2.1.1. Tipos de estaciones / 52
3.2.1.2. Medios del canal / 53
3.2.1.3. Enlace físico / 53
3.2.1.4. Acondicionamiento de señales / 53
3.2.1.5. Mecanismos de reducción de interferencias / 54
3.2.1.6. Modulación de señales / 56
3.2.1.7. Transmisión de datos / 56
3.2.1.8. Procedimientos de convergencia / 56
3.2.1.9. Capacidad de selección de tasa / 56
3.2.1.10. Sincronización, Flujo y Control de Errores.Capacidades / 57
3.2.1.11. Gestión de la capa física / 57
3.2.2. Capa de control de acceso medio (MAC)Componentes / 58
3.2.2.1. Configuraciones de red / 58
3.2.2.2. Acceso al canal / 58
3.2.2.3. Acceso múltiple / 59
3.2.2.4. Usuario y privacidad de datos / 62
3.2.2.5. Mecanismos de administración de energía / 63
3.2.2.6. Fragmentación / 63
3.2.2.7. Servicio Multimedia / 64
3.2.2.8. Reenvío de paquetes / 64
3.2.2.9. Soporte de movilidad / 64
3.2.2.10. Gestión de la capa MAC / 65
3.2.2.11. Marcos MAC / 65
3.2.2.12. Capacidad de teleconferencia / 65
3.2.3. Control de enlace lógico (LLC) Layer / 66
Referencias / 66
4. WLANs: LA CAPA FÍSICA
4.1. IEEE 802.11 Standards Suite / 68
4.1.1. Tipos de estaciones / 68
4.1.2. Medios del canal / 69
4.1.3. Enlaces físicos / 69
4.1.4. Acondicionamiento de señales / 70
4.1.5. IEEE 802.11g PHY / 70
4.2. Rechazo de interferencias utilizando la secuencia de Barker, OFDM y CCK / 72
4.2.1. Secuencia de Barker de 11 bits / 73
4.2.2. Multiplexación por división de frecuencia ortogonal(OFDM) / 75
4.2.3. Código de código complementario (CCK) / 76
4.2.4. Transmisión de datos PHY / 77
4.2.4.1. Formato de marco PLCP para 802.11 Series / 78
4.2.4.2. Significados de los campos de marco / 78
4.3. HIPERLAN PHY / 79
4.3.1. Tipos de estaciones / 81
4.3.2. Medios del canal / 81
4.3.3. Acondicionamiento de señales / 81
4.3.4. Modulación y codificación / 81
1.- DATOS INALÁMBRICOS — INTRODUCCIÓN
Al estudiar los principios de las comunicaciones de datos, el espectro inalámbrico es
Generalmente se trata como parte de los medios de comunicación solamente. Esto puede
dar la impresión de que los componentes restantes de una red de datos inalámbrica eran
los mismos que los de una red fija, cableada. La realidad, sin embargo, es bastante difícil,
gracias a una serie de factores con diferentes grados de funciones en la tecnología
inalámbrica y redes fijas, cableadas. Hay componentes de red que existen solo en un tipo
de red y no el otro. También existen componentes de red en ambos tipos, pero jugando un
papel menos significativo en uno u otro. Ahí hay muchos subsistemas, como la radiación
de antenas y la gestión de la movilidad que no salen a la superficie en las redes fijas,
cableadas. conectores de pared no son usualmente parte de los sistemas de transmisión
en redes inalámbricas. hay sistemas que hacen una parte esencial de ambos tipos de red,
pero con mucho menos significado en uno que en el otro. ejemplos de tales sistemas son
el poder sistemas de consumo, seguridad de datos y privacidad, al contener señales,
señales y técnicas de detección y técnicas de control de errores. por último, hay ciertamente
muchos componentes que desempeñan papeles igualmente importantes en ambos tipos
de redes, como las técnicas de conmutación y enrutamiento, los mecanismos de control de
flujo y congestión y procedimientos de control de llamadas. así, un estudio de redes de
datos inalámbricas a su propio alcance, diferente a los sistemas de redes en general.
Inalámbrico, sin embargo, no implica movilidad. Hay redes inalámbricas en los dos
extremos de las comunicaciones son fijos, como en los bucles locales inalámbricos. En los
sistemas de comunicación por satélite, aunque el satélite es siempre móvil, El perfil de
movilidad del satélite está diseñado para proporcionar una señal constante.
1.1.
VOZ INALÁMBRICA
Antes de comenzar una discusión sobre redes de datos inalámbricas, unas pocas palabras
sobre la señal de voz pueden ser recomendable. A pesar de que los sistemas de datos
inalámbricos fueron los precursores de todos los sistemas de comunicaciones electrónicas,
la mayoría de los El progreso en las telecomunicaciones es el resultado de las redes de
voz. De hecho, la mayoría de los desarrollos en sistemas celulares hasta la fecha deben su
existencia a la voz.
señal la voz inalámbrica plantea requisitos un tanto relajados para el diseño del sistema
que facilitan la toma de decisiones de ingeniería. Aquí hay algunos exámenes de las
características de la voz inalámbrica.
1.1.1. Ancho de banda mínimo fijo
La señal de voz tiene la mayor parte de su energía dentro de 300 Hz a 3400 Hz, dando un
ancho de banda de 3.1 kHz, como se muestra en la Figura 1-1. Para transmisiones digitales
típicas, se supone un valor nominal de 4 kHz. En consecuencia, todos los canales con un
ancho de banda de 4 kHz o superior idealmente podrían proporcionar la misma calidad de
voz transmitida si todos los demás factores se mantienen constantes. La voz digital se
transmite en una de las varias formas de codificación estándar, como ITU G.711, G.721,
G.722, G.723, G.728 y G.729. Estos estándares se basan en diferentes mecanismos de
digitalización y compresión de voz y producen un flujo de bits digital ya sea fijo (G.711, 721)
o variable, pero con una tasa promedio conocida (G.728, 729). PSTN utiliza G.711, que se
basa en un transceptor PCM de 8 bits por muestra que utiliza una de las dos técnicas de
cuantificación (A-Law en Europa y m-Law en Norteamérica y Japón), ambas con un bit de
voz codificado de 64 kbps. corriente. PCM es una técnica de codificación de forma de onda
que trata directamente con la señal de voz para fines de digitalización y transmisión.
Otros estándares utilizan codificación basada en modelos, que extrae ciertos parámetros
de las señales de voz y transmite estos parámetros en lugar de la señal de voz. Estos
sistemas posteriores, llamados Vocoders, producen flujos de bits desde 16 kbps a menos
de 4 kbps. Sin embargo, debido a la naturaleza inflexible de la PSTN, el estándar de 64
kbps es el más utilizado para la transmisión de voz. Para los sistemas con restricciones de
ancho de banda, como las redes inalámbricas, las técnicas de codificación de menor
velocidad de bits se han considerado como mejores alternativas. Por ejemplo, los sistemas
GSM europeos generalmente emplean codificación de voz híbrida (RPE) regular por
impulsos, lo que da como resultado un flujo de bits de 13 kbps y el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos (DoD) utiliza una técnica de predicción lineal con código
excitado (CELP) de 4.8 kbps en el estándar federal FS 1016 En cualquier caso, una vez
que una red está diseñada para admitir un cierto tipo de codificación de voz, se fija el ancho
de banda mínimo requerido. Tal no es el caso en las comunicaciones de datos. Los datos
numéricos, textuales o gráficos se pueden transmitir utilizando cualquier ancho de banda
sin perjudicar su calidad, siempre que se utilicen mecanismos de control de errores para
eliminar errores o retransmitir paquetes perdidos y paquetes con errores. El ancho de banda
del canal solo puede limitar la velocidad de transmisión de datos.
1.1.2. Definición vaga de la calidad del servicio
Una segunda característica de la señal de voz es la falta de una definición científica estricta
de la calidad del habla transmitida. La calidad de la voz transmitida es impulsada por la
percepción y no puede medirse adecuadamente. Aunque las normas de la Unión
Internacional de Telecomunicaciones (UIT) basadas en la definición científica de la
percepción de la calidad permiten una medición automatizada de la calidad de la voz, la
métrica más utilizada sigue siendo la puntuación de opinión media (MOS), un mecanismo
subjetivo que determina la calidad en el que los oyentes asignen un número entre 1 y 5,
donde 5 es de excelente calidad. El procedimiento para MOS se define en la recomendación
ITU-TP.800 de la UIT. En la primera parte de 2001 se introdujo un estándar para la
evaluación automatizada de la calidad. Se llama Evaluación Perceptual de la Calidad de la
Voz (PESQ), que tiene en cuenta factores como la pérdida de paquetes, la demora y el
jitter. PESQ se define en la norma ITU-T862 de la UIT. Aunque su utilidad para Internet es
agradable, su validación también se realiza comparándola con MOS. En las redes
alámbricas de conmutación de circuitos, se emplea un mecanismo de codificación de voz
fijo, generalmente basado en la codificación de formas de onda. Sin embargo, en Internet
sin conexión, no se debe emplear ningún esquema de codificación fijo, ni las características
de la red permanecen constantes. En las redes inalámbricas, el canal inalámbrico es
WIRELESS VOICE 3 TEAM LinG altamente inestable, lo que mejora la vaguedad de la
calidad. De hecho, a pesar de los avances en los mecanismos de codificación de la voz,
existe una degradación perceptible en la calidad de la voz transmitida en las redes celulares
en comparación con la calidad de la voz PSTN.
1.1.3. Requisitos de retraso
Una tercera y quizás la característica más estricta del habla conversacional es el requisito
estricto sobre el retraso máximo. Debido a su naturaleza altamente interactiva, se requiere
que la señal de voz conversacional no tenga más de una fracción de segundo de retardo
(250 mseg máximo recomendado por la UIT). Se espera que la variación en el retardo sea
incluso menor en al menos un orden de magnitud. Estos requisitos hacen que la flexibilidad
del cambio de paquetes sea algo menos que ideal para las comunicaciones de voz. Por lo
tanto, las redes de voz tradicionalmente han sido conmutadas por circuitos. Esto se aplica
también a las redes inalámbricas celulares. En consecuencia, una red de voz consta de una
parte de datos de conmutación de circuitos simple y un sistema de señalización bastante
complejo para monitorear, supervisar y auditar llamadas y recursos.
De hecho, la complejidad e inteligencia de la PSTN moderna se debe a sus sistemas de
señalización. Las redes celulares contemporáneas hacen uso de los mismos sistemas de
señalización agregando una parte móvil para la gestión de la movilidad y la interacción con
PSTN fija. Se espera que las redes celulares futuras (denominadas más allá de 3G o 4G)
evadan por completo los sistemas de señalización y utilicen la conmutación de paquetes
sin conexión para voz y otras aplicaciones. Esto también nos lleva a una definición discutible
de las redes de datos. Según nuestra opinión, en las redes de datos implicamos redes de
conmutación de paquetes, como las redes IP. Tal vez esto se deba a que dichas redes son
ideales para aplicaciones de datos en ráfagas, como las transferencias de archivos y
correos electrónicos, que pueden utilizar mecanismos de almacenamiento y reenvío.
Con el aumento de la demanda de datos por conmutación de paquetes, las redes de datos
inalámbricas han evolucionado en muchos tipos, tales como:

Las LAN inalámbricas que proporcionan acceso inalámbrico, al igual que las LAN
fijas de tipo de transmisión, brindan acceso a redes fijas de área amplia. Estas redes
de área local inalámbricas, relativamente recientes en comparación con sus
contrapartes cableadas, se están apoderando de la escena con bastante rapidez.
Su integración con las redes celulares de área amplia ha sido posible gracias a los
sistemas de tercera generación (3G) conmutados por paquetes.

Los sistemas celulares de área amplia, predominantemente diseñados para voz,
han incorporado la conmutación de paquetes en todo el mundo desde 3G y
superiores. De hecho, el precursor de los sistemas 3G (algunas veces denominado
2.5G) comenzó la transmisión de datos en paquetes antes que las tecnologías 3G.

Los sistemas inalámbricos fijos se están volviendo populares para el acceso a
Internet de banda ancha para facilitar la instalación.

Las redes de área personal (PAN) son la última adición para conexiones
inalámbricas de corto alcance, tipo línea de serie con movilidad limitada.

Los sistemas de datos satelitales, aunque no son nada nuevo, son una parte
esencial de las redes inalámbricas y móviles. Veremos las características de
algunas de estas redes en este capítulo. Más detalles seguirán a lo largo del resto
del libro.
1.2.
REDES DE ÁREA LOCALES INALÁMBRICAS (WLANS)
Los protocolos para redes de área local inalámbricas (WLAN) generalmente consisten en
especificaciones para el equivalente OSI-RM de las capas de control físico y de enlace de
datos. Las especificaciones de la capa física se refieren a la utilización del canal inalámbrico
interior para la transmisión y recepción de la señal inalámbrica. Estas especificaciones
tienen dos tipos de limitaciones; los establecidos por las agencias de regulación de
frecuencia y los otros establecidos por las agencias de especificación de protocolo. Por lo
general, el ancho de banda y las cantidades de radiación están reguladas por las agencias
reguladoras del espectro y los mecanismos de utilización del ancho de banda (modulación,
tasas de datos) y los mecanismos de radiación de potencia (directa, indirecta, línea de vista)
están establecidos por las agencias de protocolo, de acuerdo con las pautas proporcionado
por las agencias reguladoras del espectro. Las especificaciones de control de acceso al
medio (MAC) están establecidas en conjunto por las agencias de especificación de
protocolo. Estas especificaciones tratan temas como el acceso a canales, la sincronización
de cuadros, el control de potencia, la administración de recursos para multimedia, etc.
Los estándares de WLAN más populares, recomendados por IEEE (los llamamos la suite
IEEE 802.11), usan infrarrojo y los espectros sin licencia. Estos espectros se asignan en
muchos países para investigaciones y desarrollos en la industria (I), ciencia (S) y medicina
(M), por lo que se denomina banda ISM. El estándar IEEE PHY proporciona varios
mecanismos para el uso de la banda ISM (y sin licencia). infraestructura de información
nacional (banda U-NII), diseñada para combatir la interferencia de otras fuentes de las
mismas bandas. Esto es necesario porque el uso de tal sistema no requiere licencia del
gobierno, lo que podría resultar en numerosas fuentes de interferencia. El infrarrojo la banda
especifica solo un tipo de radiación, es decir, la radiación indirecta reflejada desde una
superficie del curso (llamada infrarrojo difuso). El mecanismo de control de acceso al medio
especifica una función de coordinación distribuida (DCF) para el acceso al canal, distribuida
en referencia al hecho de que es Ser implementado en todas las estaciones inalámbricas
participantes. Define varios tipos de dispositivos, por ejemplo, una estación móvil (STA),
que es un terminal de usuario, y un punto de acceso (AP), que transmite datos entre dos
estaciones o una estación y un terminal en una LAN fija. Esto da lugar a dos configuraciones
de WLAN, como se muestra en la Figura 1-2, las WLAN de infraestructura y WLAN ad hoc.
1.2.1. WLAN Ad hoc
En una WLAN ad hoc o independiente, dos estaciones se comunican directamente entre sí
sin un punto de acceso. Las estaciones móviles para tales redes pueden requerir la
capacidad de reenviar un paquete actuando, así como un repetidor. Con esta capacidad de
transmisión, dos estaciones móviles podrían intercambiar paquetes de datos, incluso si no
pueden recibir señales directamente entre sí.
La red de área amplia en redes ad hoc es posible si una o más estaciones están conectadas
a una red de área amplia, como una red IP. Sin embargo, esta conectividad no está
garantizada y no hay un mecanismo de comunicación garantizado fuera de la red ad hoc.
1.2.2. WLAN de infraestructura
En una WLAN de infraestructura, dos estaciones que intercambian datos solo pueden
comunicarse a través de un punto de acceso. La Figura 1-2 muestra un punto de acceso
conectado al techo con una conexión por cable a la red cableada. El punto de acceso realiza
varias funciones además de transmitir paquetes entre estaciones en redes inalámbricas y
por cable; como la implementación de una función de coordinación de puntos (PCF) para
permitir las comunicaciones basadas en reservas para el tráfico con demora.
La subcapa MAC de IEEE WLAN proporciona mecanismos relacionados con el acceso.
Para este propósito, emplea un mecanismo similar a Ethernet. El Ethernet MAC (IEEE
802.3) utiliza acceso múltiple de detección de portadora con detección de colisión (CSMA /
CD). Sin embargo, la detección de colisiones no puede ser eficiente en medios
inalámbricos, debido a la rápida atenuación de la señal con la distancia. En lugar de la
detección de colisiones, se especifica un mecanismo para evitar colisiones. La prevención
de colisiones se implementa al requerir cierto tiempo mínimo entre dos paquetes
transmitidos. Esta vez se denomina espaciado entre cuadros (IFS). Debido al mecanismo
de prevención de colisiones, el procedimiento IEEE 802.11 MAC se llama CSMA / CA,
acceso múltiple de detección de portadora con prevención de colisiones. El tema de las
WLAN es tan importante como la aplicación de dichas redes y se discutirá ampliamente a
lo largo del texto.
1.3. REDES CELULARES DE AMPLIA ZONA
La comunicación de voz ha sido y sigue siendo la principal aplicación de los sistemas
celulares. Estos sistemas utilizan una infraestructura compatible con PSTN que emplea
sistemas de señalización y conmutación de circuitos. Sin embargo, con la amplia difusión
del uso de Internet, los servicios de conmutación de paquetes se introdujeron en las mejoras
de los sistemas celulares digitales. Estos incluyen sistemas basados en el acceso múltiple
por división en el tiempo (TDMA), como GPRS (servicio general de radio por paquetes) y la
mejora del código. Sistemas basados en acceso múltiple por división (CDMA) IS-95B. Los
estándares inalámbricos para el nuevo milenio que fueron coordinados internacionalmente
bajo el nombre de telecomunicaciones móviles internacionales 2000 (IMT-2000) (conocidos
por sus interfaces aéreas, WCDMA en Europa y cdma2000 en América del Norte) tienen
capacidad de IP con velocidades de datos muy superiores a las de GPRS y IS95B. Las
redes de datos de la primera generación celular digital fueron el resultado de definir nuevos
tipos de terminales de usuario, dispositivos de red y sistema de señalización por encima de
la red de voz existente, como se muestra en la Figura 1-3 para GPRS. Las redes celulares
de área amplia de última generación proporcionan mecanismos de acceso para la
comunicación por conmutación de circuitos y paquetes. Para una verdadera red celular de
paquetes conmutados, un mecanismo de acceso similar a las WLAN podría proporcionar
un mejor vehículo de transporte para aplicaciones de datos. Se está trabajando en esa
dirección y algunos países ya tienen acceso a WLAN utilizando el backbone celular de área
amplia para fines de auditoría y control de admisión.2 Se espera que dichas redes hagan
que el acceso inalámbrico de banda ancha sea tan ubicuo como Ethernet para Internet. Los
próximos lanzamientos de las redes celulares podrían ser un punto de partida para esta
verdadera fusión de IP y redes celulares. En este momento, la banda ancha inalámbrica
está disponible solo en forma de redes inalámbricas fijas. Una instalación universal de
sistemas celulares basados en 3G y superiores se ha visto obstaculizada por diversos
factores técnicos, económicos y políticos. En el aspecto técnico, el mundo sigue dividido en
grupos según la evolución de sus sistemas actuales. Dos campos principales son los
europeos, que soportan Wideband CDMA y Norteamérica, que apoyan la evolución de
cdma2000. Los proyectos de la alianza 3G (3GPP para WCDMA y 3GPP2 para WCDMA)
están destinados a ayudar a la implementación real de los sistemas 3G + y a tomar medidas
hacia la armonización de los dos campos.
1.4. REDES INALÁMBRICAS FIJAS
Comenzó como una solución para llevar el bucle del suscriptor en áreas de difícil acceso,
las redes inalámbricas fijas se han convertido en un fenómeno en sí mismas. Esto se debe
a su facilidad de instalación y la disponibilidad de espectros de frecuencia de banda ancha
para este propósito. Hacia fines de la década de los noventa, era obvio que las redes de
corto alcance, de banda ancha, inalámbricas fijas y de línea de visión proporcionarían una
excelente alternativa al acceso a Internet de banda ancha por cable. Muchos países
asignaron un espectro específicamente para este propósito, en el rango de ondas
milimétricas (alrededor de 28 GHz). La Figura 1-4 muestra un ejemplo de uso de tales redes.
1.5. REDES DE ÁREA PERSONAL
Las redes de datos inalámbricas de corto alcance, también llamadas redes de área personal
(PAN), han visto algunas actividades de estándares recientes en varios frentes. Estas redes
se parecen más a las redes inalámbricas fijas que a las redes móviles, debido a la baja
movilidad. Sin embargo, tienen una identidad propia debido a varias características, como
su uso del ancho de banda ISM y el alcance y movilidad limitados. Estas redes pueden
pensarse como una generalización del mecanismo de control remoto de televisión para
incluir teléfonos celulares, asistentes digitales personales (PDA) y una gran cantidad de
otros dispositivos que utilizan conexiones por cable de corto alcance.
1.6. REDES DE DATOS BASADAS EN SATELITE
Muchas redes móviles de área amplia y algunos bucles locales inalámbricos utilizan
comunicaciones basadas en satélites. Los sistemas satelitales han hecho su propio nicho
debido a la amplia área geográfica cubierta y la disponibilidad de un amplio espectro en el
rango de microondas. Las principales desventajas de los sistemas satelitales, es decir, el
costo de aumentar la carga útil y el retraso significativo, se han compensado por el hecho
de que hay mucha energía solar disponible en las órbitas y que los servicios de datos no
requieren límites de retraso críticos.
1.7. IP móvil
Si bien la movilidad en redes inalámbricas implica la transmisión de datos con el terminal
en movimiento, tiene una connotación diferente en IP móvil. Mobile IP es un protocolo que
se utiliza con la Internet existente para permitir que un terminal de usuario se conecte en
un punto diferente de su red doméstica. Esto esencialmente no es una red inalámbrica, sino
un protocolo de red fija portátil. La figura 1-8 muestra varios componentes de una red IP
móvil. La red doméstica del terminal móvil tiene un enrutador que realiza la función de
agente local para mantener la información de la ubicación actual del usuario y reenviar los
paquetes a esa ubicación. Este reenvío de paquetes se realiza con la ayuda de una
dirección de atención, requerida además de la dirección IP permanente del terminal móvil.
Figura 1-8. Una red IP móvil consiste en un agente local y un agente extranjero, que realiza
las funciones de movilidad.
1.8. EL ESPECTRO INALÁMBRICO
Las redes inalámbricas existen desde antes de que se entendieran los conceptos de
frecuencia y ancho de banda. Después de más de cien años de experiencia, se han logrado
avances significativos en la comprensión y gestión del espectro inalámbrico. Los
respectivos países poseen su espectro de radio y la mayoría lo regulan hasta 300 GHz.
Dado que la usabilidad real del espectro se debe a sus características, generalmente se
asignan ventanas de frecuencia similares para las mismas aplicaciones en todo el mundo.
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) tiene recomendaciones que podrían
proporcionar una base adicional para la cooperación internacional. Desafortunadamente,
una gran cantidad de factores han resultado en cierta incompatibilidad de la asignación
entre varios países. En una era en la que las telecomunicaciones inalámbricas son
fundamentales para el comercio mundial, existen divisiones en la asignación de espectro.
Sin embargo, la coordinación tampoco tiene precedentes y el mundo no está dividido en
tantos bloques como los países. La UIT ha dividido el mundo en tres regiones, basándose
en factores que influyen en la propagación de la señal inalámbrica. La Región 1 cubre
Europa, África, partes de Oriente Medio y el norte de Asia. La Región 2 cubre las Américas,
el Caribe y Hawai. La Región 3 está en todas partes, es decir, Asia, el sudeste de Asia, las
islas del Pacífico, Australia y Nueva Zelanda. La formación de acuerdos comerciales
internacionales, como el GATT (Acuerdo General de Comercio y Aranceles), la OMC
(Organización Mundial de Comercio) y la OCDE (Organización de Países Económicamente
Desarrollados) han ayudado a unir a los países en el diseño de bienes y productos
internacionalmente interoperables, incluidas las comunicaciones inalámbricas y La industria
de las redes. Dado que nuestro interés aquí son las redes de datos públicas y privadas,
veremos algunas de las asignaciones de espectro en esta área. Para este propósito,
dividimos el espectro según el alcance de la red, comenzando con el área de baja potencia
/ personal, a través del área local, al área metropolitana, al área amplia a las redes celulares.
La variabilidad del canal de radio con la frecuencia de la señal es bastante compleja. La
razón de esta complejidad es que las características de propagación de la radio son una
función de muchos factores naturales y creados por el hombre. Dependiendo de la distancia
entre el transmisor y el receptor, la temperatura, el material circundante y la movilidad,
obtenemos un perfil diferente para diferentes condiciones. Los gobiernos poseen y regulan
el espectro de radio y, por razones comprensibles, lo desglosan de acuerdo con algunas
características comunes de las bandas de frecuencia. En general, el ancho de banda del
canal inalámbrico es extremadamente grande (300 GHz regulado en la mayoría de los
países). Sin embargo, debido a las interrupciones en el rendimiento a diferentes niveles de
frecuencia, solo están disponibles las ventanas de continuidad. Afortunadamente, estas
ventanas pueden ser adecuadas para diferentes aplicaciones. Esto le brinda a las agencias
gubernamentales la oportunidad de asignar varias ventanas para diferentes aplicaciones.
Una empresa que quiera usar un cierto espectro normalmente requeriría una licencia, lo
que equivale a comprar el espectro. Con el fin de proporcionar una plataforma flexible para
la investigación y el desarrollo, muchos gobiernos han asignado partes del espectro de radio
que no requieren licencias.
1.8.1. Bandas con licencia y sin licencia
Para permitir nuevos desarrollos e investigaciones sin obstáculos, partes del espectro se
asignan para ser utilizadas sin una licencia. En los últimos 10 a 15 años, los avances en los
esquemas de señalización que limitan la interferencia han resultado en el uso de estos
espectros sin licencia para productos de red. El uso de la banda sin licencia llamada ISM
(Industrial, Scientific and Medical) se ha vuelto tan prolífico que a fines de la década de
1990 y principios de la década de 2000 creó una falsa alarma de competir con servicios
celulares (que se basan en espectros caros con licencia). Curiosamente, la asignación de
más espectros en los estadios con licencia y sin licencia continúa, mientras que cada uno
encuentra su nicho. Para la banda sin licencia, las agencias reguladoras suelen regular las
emisiones.
1.8.2. Sistemas de datos inalámbricos de baja potencia
Estos sistemas incluyen redes inalámbricas de área personal (PAN) y sensores
inalámbricos. BluetoothTM (IEEE 802.15.1) y Ultra-Wide Band (UWB) son algunas de las
tecnologías que hacen uso del espectro para rangos de baja potencia. Las bandas
utilizadas son UWB, ISM e infraestructura de información nacional sin licencia (U-NII).
1.8.3. Banda Ultra-Ancha (UWB)
La banda de Ultrawide (UWB) generalmente se considera cualquier banda con un ancho
de banda de 1.5 GHz o superior [2]. La característica distintiva de UWB es que las
emisiones tienen una potencia extremadamente baja (densidad de potencia inferior a -41
dBm en los Estados Unidos). La señal UWB está por debajo del piso de ruido. Puede
penetrar a través de superficies duras y proporcionar tasas de datos muy altas para
distancias muy cortas. En los Estados Unidos, el ancho de banda de 3,1 GHz a 10,6 GHz
se considera como UWB. A veces se divide en dos bandas principales, la inferior de 3.1 a
4.8 GHz y la superior de 6.1 a 10.6 GHz. La razón para dejar de lado la banda media es
que se asigna para Infraestructura de información nacional sin licencia (U-NII).
Otra característica distintiva de UWB es la posibilidad de transmisión de banda base debido
al ancho de banda amplio. En lugar de utilizar señales sinusoidales, se utilizan pulsos finos
en los transceptores UWB. Estos pulsos finos, con ciclos de trabajo extremadamente bajos,
prácticamente eliminan las rutas múltiples. Multipath es el fenómeno utilizado para describir
múltiples recepciones de la señal inalámbrica de reflexiones en el entorno.
La banda UWB ha estado en uso desde la década de 1980 para aplicaciones de radar. Sin
embargo, sus principales usos proyectados se encuentran en la red de área personal, IEEE
1349 y el bus serie universal inalámbrico (WUSB). El grupo de trabajo IEEE 802.15 lo está
considerando para IEEE 802.15.3a PHY. En los Estados Unidos, el uso comercial de UWB
se ha permitido desde febrero de 2002. Otros países aún no han considerado su uso. Esto
ha llevado a la comunidad industrial a dos grupos, uno que aboga por que se hagan los
estándares de UWB, teniendo en cuenta que un día otros países pueden unirse para
asignar la banda. Este grupo, con compañías como Intel, favorece un enfoque multibanda
que podría emplear esquemas de espectro expandido, como el salto de frecuencia. El otro
grupo, con Motorola entre sus participantes, originalmente abogó por el uso de la gran parte
de 3.1 - 10.6 GHz para ser utilizado con técnicas alternativas de espectro ensanchado,
Acceso Múltiple por División de Código de Secuencia Directa (DS-CDMA).
1.8.4. La banda ISM
La banda ISM está dedicada a la investigación y desarrollo de dispositivos inalámbricos
para aplicaciones de corto alcance en los campos de la industria, la ciencia y la medicina.
La ubicación real de la banda ISM no es continua y varía de un país a otro. Sin embargo, la
banda ISM cercana a 2.4 GHz se asigna en la mayoría de los países desarrollados. Algunas
variaciones de asignación se muestran en la Tabla 1.1.
La disponibilidad de la banda ISM para cualquier persona lo convierte en un candidato fácil
para una interferencia excesiva. Las técnicas de comunicación de espectro extendido se
utilizan en muchos dispositivos para mitigar las interferencias. Además de los 2,4 GHz,
algunos espectros de radio sin licencia se asignan a unos 900 MHz.
1.8.5. Espectro U-NII
Se han asignado aproximadamente 300 MB de espectro alrededor de 5–6 GHz para
comunicaciones inalámbricas digitales de alta velocidad para proporcionar acceso de banda
ancha a la autopista de la información. Esta es también una banda libre de licencia. Los
Estados Unidos y la Unión Europea tienen asignaciones ligeramente diferentes, porque en
la Unión Europea, los 5.15–5.35 / 5.47–5.75 GHz ya estaban asignados para LAN de alto
rendimiento (HIPERLAN). La tabla 1.2 muestra las asignaciones U-NII. IEEE 802.11a PHY
se especifica para esta banda de frecuencia.
Como se muestra en la Tabla 1.2, Japón originalmente tenía 100 MB de 5.15 a 5.35 GHz.
Las bandas restantes se agregaron más tarde.
En los Estados Unidos, FCC exige que las compañías solo sigan las restricciones de
radiación en esta banda. Sin embargo, la Unión Europea requiere la implementación del
estándar HIPERLAN en parte del espectro. WRC recomienda una limitación de potencia de
200 mW para interiores y 1 W para bandas exteriores.
1.8.6. Espectro de sistemas celulares
La tabla 1.3 muestra diferentes partes de espectros asignados a sistemas celulares. Estos
van desde la generación I a III en los Estados Unidos y II y III en la Unión Europea. Los
sistemas 3G pueden, en general, usar todos los espectros asignados antes de ellos siempre
que
no
interfieran
con
otros
sistemas.
De
hecho,
según
http://www.cdg.org/technology/3g/spectrum.asp, los sistemas 3G (basados en cdma2000)
se implementan en todas las bandas, incluidas 450 MHz, 700 MHz, 800 MHz, 900 MHz,
1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz y 2100 MHz. Las figuras 1.9 a 1.12 tomadas del sitio web
de la NTIA, EE. UU. Y muestran varios planes mundiales para el espectro reservado para
los sistemas 3G.
Figura 1-9. Cuadro de comparación de la Unión Europea y los Estados Unidos para nuevas
asignaciones en el rango de 1700–2690 MHz.
1.8.7. Sistemas inalámbricos fijos
Hay varios tipos de sistemas inalámbricos fijos (no móviles). Los bucles locales
inalámbricos y los sistemas de acceso a Internet de banda ancha son lo que más nos
interesa. Estos sistemas, también conocidos como tecnologías de última milla,
generalmente se asignan a espectros que tienen rangos cortos y son para comunicaciones
de línea de sitio. También se pueden usar varias bandas PCS y 3G existentes para este
propósito (que no tendrá las restricciones de línea de sitio y de última milla). Sin embargo,
el uso de la banda PCS para el acceso inalámbrico fijo (FWA) podría considerarse un
desperdicio de su capacidad de soportar movilidad.
Figura 1-10. La asignación de las bandas inferiores (700–1000 MHz) con la propuesta
IMT2000 espectro.
Figura 1-11. 1700–2200 MHz atribución presente y planificada por Brasil, Japón, China,
República de Corea y Sudáfrica.
Figura 1-12. Asignación y planes de menor espectro (700–1000) de Brasil, Japón, China,
República de Corea y Sudáfrica.
Los sistemas fijos se han utilizado para comunicaciones analógicas, por ejemplo, un
sistema llamado MMDS (sistema de distribución multipunto de microondas / multicanal) se
ha utilizado para proporcionar televisión inalámbrica por cable en el área de Nueva York.
También se están desarrollando nuevos sistemas para el acceso a Internet digital en este
espectro de frecuencias, generalmente por debajo de 10 GHz. Por encima de 10 GHz, los
sistemas de línea de visión con un rango de 1 a 3 km, por ejemplo, LMDS (sistema de
distribución multipunto local) pueden proporcionar un acceso a Internet Gbps. En los
Estados Unidos, LMDS utiliza un espectro de alrededor de 28 GHz (1,3 GHz en total),
mientras que en Europa el espectro asignado es de alrededor de 40 GHz. Además, dos
compañías, Winstar y Advanced Radio Telecommunications, pudieron obtener una licencia
para un ancho de banda de alrededor de 38 GHz. Telegent ha comprado otros 100 MHz en
los Estados Unidos alrededor de la banda de 18 GHz. FCC también ha permitido la
transmisión digital en la banda MMDS originalmente "analógica" de aproximadamente 2.1
GHz y 2.5–2.7 GHz. Se ofrece una descripción detallada de la asignación de espectro para
el acceso a Internet de banda ancha en varios países.
Se ha asignado parte del espectro para datos de banda estrecha y voz sobre loops locales.
En tres categorías de WLL se describen como digital celular, inalámbrica y patentada. La
categoría digital utiliza una de las interfaces celulares (GSM, TDMA o CDMA) con las
bandas de segunda generación y PCS y proporciona acceso a datos de banda estrecha.
Dichos bucles locales se han desarrollado tanto para las bandas celulares digitales como
PCS, aunque con tasas más bajas.
1.8.8. Redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN)
Varias partes del espectro inalámbrico entre 11 GHz y 66 GHz se han asignado en todo el
mundo para el acceso inalámbrico a Internet de banda ancha. También se pueden utilizar
espectros sin licencia y con licencia por debajo de 11 GHz, lo que hace posible las altas
velocidades mientras están conectados. Existen varias iniciativas de estándares para
aprovechar estos planes y asignaciones. Quizás las más discutidas entre ellas son dos
iniciativas IEEE, el WMAN fijo y el WMAN móvil (Grupos de trabajo IEEE 802.16 / 16a e
IEEE 802.20, respectivamente).
Diez GHz es aproximadamente el límite para las comunicaciones de línea de sitio. Por lo
tanto, los sistemas de acceso de banda ancha que no son de línea de sitio (móviles) son
posibles por debajo de 10 GHz. Por ejemplo, IEEE 802.20 ha apuntado a los espectros por
debajo de 3.5 GHz para el acceso de banda ancha móvil, mientras que IEEE 802.16a está
diseñado teniendo en cuenta las distintas bandas en el rango de 10–66 GHz (por ejemplo,
10.5, 25, 26, 31, 38 y 39). GHz). Una enmienda en IEEE 802.16a está considerando
espectros más bajos para sistemas fuera de línea del sitio. Un foro internacional de
interoperabilidad WiMAX (interoperabilidad mundial para acceso por microondas) está
trabajando en el desarrollo de principios de interoperabilidad para estos estándares y
compañías como Intel están entre sus participantes.
1.8.9. Comunicaciones de datos satelitales
En sus recomendaciones de frecuencia, la UIT identifica las bandas de comunicaciones por
satélite junto con las bandas terrestres. A pesar de la sobreestimación del éxito en los
sistemas de órbita inferior, los satélites siguen desempeñando un papel importante en las
comunicaciones de datos. Los satélites de comunicaciones utilizan el espectro en UHF,
SHF, así como en EHF. Algunas de las bandas operativas se enumeran en la Tabla 1.4.
Estos se suman a las recomendaciones propuestas por la UIT para tecnologías 3G en 2
GHz y 2,2 GHz para ser empleados en Asia y Europa.
Hay bandas militares designadas como banda X (8/7 GHz), banda Q (44/20 GHz) y banda
V (64/59 GHz). Parte de la banda Ka también está destinada para comunicaciones militares.
Además del Servicio Fijo por Satélite (FSS) anterior, hay muchos otros tipos de sistemas
satelitales, por ejemplo, satélites de servicios móviles (MSS) y satélites de servicios de
radiodifusión (BSS). En los Estados Unidos, el espectro en 12–18 GHz se ha asignado al
satélite de transmisión directa (DBS), como DirecTV y Echostar. DARS ha sido autorizado
para utilizar el espectro en 2–3 GHz para BSS. Comsat está operando MSS en el rango de
1–2 GHz. Algunos sistemas de satélite de órbita terrestre baja (LEOS) también utilizan un
espectro inferior a 1 GHz, por ejemplo, Orbcomm. En general, la asignación de espectro
para las comunicaciones por satélite ha sido mucho más compleja que los sistemas
terrestres por varias razones. La posibilidad de compartir el espectro de satélites con los
terrestres es una gran fuente de esta complejidad. Hay mucho en la tubería para satélites
según las demandas y las recomendaciones de WRC / IMT-2000. La presentación arroja
algo de luz sobre la complejidad del espectro satelital, junto con mecanismos para
compartirlo con sistemas terrestres.
CAPITULO 2
ARQUITECTOS DE REFERENCIA PARA REDES DE DATOS INALÁMBRICAS
Las capacidades de una red pueden entenderse mejor a través de su protocolo
arquitectura. Una arquitectura de protocolo de red típicamente agrupa funciones de
protocolo en capas, subcapas, niveles, planos, etc..1 Hay varios formas de clasificar las
redes, por ejemplo, (i) red troncal, interconexión y redes de acceso, es decir, basadas en la
ubicación con respecto al usuario; (ii) personal, Redes locales, metropolitanas y de área
amplia, es decir, basadas en lapso geográfico (iii) redes de campus, empresas y oficinas,
es decir, basadas en un círculo de actividad; (iv) redes celulares, móviles, hotspot,
satelitales, es decir, basado en la tecnología, y así sucesivamente, la lista continúa. Lo que
es común entre todos. estas redes es que todas proporcionan un vehículo confiable para el
transporte de información De un punto a otro. Posiblemente, el mejor (de ninguna manera
perfecto) La manera de comparar dos redes diferentes es mediante la comparación de su
protocolo. arquitecturas El modelo de referencia de interconexión de sistema abierto (OSIRM) Proporciona un mecanismo genérico para este propósito. El OSI-RM, aunque no
completo, Define las siete capas de datos de usuario que describen una aplicación
completa. a la función de comunicaciones de la aplicación a través de una heterogénea o
Sistema homogéneo de redes según lo establecido en el siguiente párrafo. En primer lugar,
la capa física (PHY) proporciona mecanismos de transmisión física. de señales y bits. Estas
señales podrían ser transmitidas individualmente también como en los grupos lógicos. Una
vez que la PHY receptora recibe estas señales, los datos la capa de control de enlace (DLC)
superior a PHY trata los grupos de bits como una trama enviada por El DLC entre iguales
de la estación emisora. Así, a través de esta comprensión (lógica conexión) entre DLC
pares, los datos se pueden intercambiar entre dos aplicaciones o capas de red (NET) sobre
los DLC a través de un solo enlace. Estas los datos, entregados a la siguiente NET
receptora, deberán enviarse a otra NET antes de que pueda llegar a la aplicación de
destino. Las redes usan mecanismos de conmutación y enrutamiento para enviar datos a
través de la red, hasta que lleguen a la máquina host de destino NET. En este momento, el
los datos se entregan a una capa de protocolo de transporte (TP), que puede garantizar
que todas las unidades de datos de protocolo (PDU) o paquetes llegaron en secuencia y
sin errores Algunos de estos paquetes podrían formar una sesión de comunicación para ser
gestionado por el dúo de la capa de sesión del mismo nivel por encima de los TP iguales
La capa de sesión, relativa a solo con grupos de bits como paquetes de capa de sesión, es
posible que no pueda para asegurarse de que los códigos, idiomas, sintaxis, etc. utilizados
por los comunicadores las aplicaciones están bien coordinadas. Esta coordinación se deja
a la presentación.
Capa, que entrega un formato de datos a la capa de aplicación en una forma comprensible
(y tal vez descifrada y descomprimida). La aplicación la capa (APP) pone los datos a
disposición del usuario a través de las aplicaciones. Programa. El papel de cada capa se
complementa en el opuesta dirección.
El paradigma de comunicaciones OSI proporciona un marco en el que podemos discutir y
comparar varias redes. Vamos a utilizar esta estructura en capas en este capítulo se
analizan brevemente las funciones de protocolo proporcionadas por varios dispositivos
inalámbricos
Redes de datos.
2.1. BLUETOOTHTM
Entre los PAN inalámbricos, Bluetooth (también especificado como IEEE 802.15.1) tiene
recibió amplia aceptación en la industria. Con el concepto de perfiles, tiene surgió como
una red que puede ocuparse de algo más que comunicaciones personales equipo. El
estándar define protocolos correspondientes a PHY. Y DLC de la OSI-RM. Las aplicaciones
se pueden diseñar directamente encima de estas capas.
Los objetivos del bluetooth han evolucionado con el tiempo. Inicialmente fue se espera que
cumpla con los siguientes objetivos:
• Baja potencia;
• Bajo costo (US $ 5 por chip una vez que esté completamente desarrollado);
• Rango bajo (10m), extensible a 100m;
• Banda ISM.
En palabras simples, originalmente proyectado para reemplazar el cable serial, surgió como
mucho más que una conexión corta, punto a punto. Un dispositivo Bluetooth puede
funcionar con hasta siete dispositivos en una piconet, utilizando un paradigma maestro-
esclavo en el que el maestro gestiona las conexiones. El maestro podría ser cualquiera de
los dispositivos en la piconet con algunas restricciones.
2.1.1. Radio bluetooth
La capa de radio realiza funciones PHY de probar una interfaz analógica con la antena y
una interfaz digital con el protocolo administrador de enlace (LMP).
2.1.2. Capa de banda base
La capa de banda base procesa datos digitales para una serie de funciones relacionadas a
la paquetización, control de errores, seguridad y filtrado de canales. También realiza una
serie de otras funciones relacionadas con la dispersión de saltos de frecuencia técnica del
espectro.
2.1.3. Protocolo de gestión de enlace (LMP)
LMP se encarga de la asignación física de los canales lógicos por recurso gestión del enlace
físico. Asigna y termina canales en el enlace físico en respuesta a solicitudes del control de
enlace lógico y adaptación capa (L2CAP) arriba.
2.1.5. Perfiles bluetooth
La v1.1 define 13 perfiles [3] para incorporar flexibilidad en la arquitectura de protocolo por
encima de las capas PHY y DLC. Las versiones posteriores han estandarizado la
incorporación. de perfiles para que un marco común esté disponible para el perfil futuro
desarrollo.
2.2. IEEE 802.11
El IEEE 802.11 es un estándar en evolución y tiene una serie de extensiones en todos los
niveles. La arquitectura de red básica como se indica en el estándar original es
representada en la Figura 2-5. La LLC no es parte del estándar IEEE 802.11 original y es
lo mismo que Ethernet LLC, es decir, IEEE 802.2.
2.2.1. Capa Física (PHY)
El PHY se divide en dos subcapas, medio físico dependiente (PMD) y protocolo de
convergencia de capa física (PLCP). PMD especifica funciones, procedimientos y servicios
para una variedad de medios físicos (los medios aquí se refieren ab espectro más
acondicionamiento de señal) [5]. El original IEEE 802.11 define tres PHYs, dos basados en
la banda ISM de 2.4 GHz y uno basado en infrarrojo difuso radiación. Los tres proporcionan
una velocidad de canal de hasta 2 Mbps. Extensiones posteriores defina tres PHY más:
IEEE 802.11b, utilizando un espectro de 2.4 GHz para una velocidad de canal máxima de
11 Mbps; IEEE 802.11a, utilizando un espectro de 5.7 GHz para una velocidad máxima de
54 Mbps; e IEEE 802.11g, utilizando un espectro de 2.4 GHz para una velocidad máxima
del canal de 54 Mbps.
2.2.1.1. Subcapa Dependiente del Medio Físico (PMD).
La subcapa PMD Define y especifica funciones relacionadas con un PHY particular. Por lo
tanto, cada uno de los seis PHY definidos en esta arquitectura de red tiene un asociado
PMD. El PMD define los parámetros de acondicionamiento de la señal, como la modulación.
Y codificación de canal (si se usa) o estructura de impulsos en caso de transmisión de
banda base.
Para PHY que usa tecnologías de espectro expandido, PMD define la exacta difundiendo
códigos y difundiendo y desensillando mecanismos. Transmisión los niveles de potencia
son detectados por esta capa si es necesario, por ejemplo, en un canal claro evaluación
(CCA).
2.2.1.2. Protocolo de convergencia de la capa física (PLCP).
El PLCP lleva Cuidado de las diferencias entre varios PHY para proporcionar un paquete
al MAC capa para que el formato del paquete MAC no dependa de un PMD particular
subcapa Puede sonar como una función de interoperabilidad, pero no lo es.
Interoperabilidad de dos capas PHY diferentes requeriría una función para convertir formato
de señal de un tipo de PHY a otro.
2.2.2. Subcapa de Control de Acceso Medio (MAC)
La subcapa MAC se define como parte del estándar original IEEE 802.11. Las versiones
posteriores de PHY utilizan el mismo MAC. Una mejora, IEEE 80.11e, está en progreso,
para proporcionar compatibilidad con las definiciones de QoS de Internet y Ethernet. (IEEE
802.1D). El MAC original fue diseñado usando el mismo canal mecanismo de acceso que
utiliza Ethernet (CSMA). Sin embargo, Ethernet emplea un mecanismo de detección de
colisiones, que no se puede implementar de manera eficiente en un medio inalámbrico Un
mecanismo ligeramente modificado basado en evitar colisiones. (CA) se especifica. Se evita
la colisión al requerir que una estación espere siempre un tiempo llamado interlineado
espaciado (IFS) si el canal está inactivo.
2.3. HIPERLAN / 2.
En esta sección, es uno de los cuatro estándares especificados por ETSI para proporcionar
una concatenación de tecnologías interoperables desde el hogar o punto de acceso. a
través de redes de datos celulares (específicamente, 3G) a una red troncal ATM. Los el
alcance de HIPERLAN / 2 es proporcionar una infraestructura o una conexión inalámbrica
ad hoc. Redes con baja movilidad (generalmente <1.5m / s) y radio pequeño (generalmente
<50m). Terminado en 1996 por el comité ETSI RES 10, el estándar es 'Asignó' la banda sin
licencia en el rango de 5,15 a 5,25 GHz, con una extensión a 5,35 GHz en algunos países.
Esto está en consonancia con las asignaciones en Japón y los Estados Unidos por
arquitecturas WLAN similares.
2.3.1.1. Adaptación de enlaces.
HIPERLAN PHY especifica mecanismos que pueden ser utilizado para diseñar algoritmos
de adaptación de enlaces. El estándar permite un MT y AP transmiten información sobre la
claridad del canal en un enlace ascendente o descendente dirección. Las mediciones se
pueden hacer por MT y AP, pero el la decisión de cambiar el canal está en control del AP.
2.3.2. Capa de control de enlace de datos.
HIPERLAN / 2 tiene una capa de DLC bastante compleja que se divide en muchas
funciones, como se muestra en la Figura 2-7. Aquí hay una definición de cada subcapa y
sus funciones
2.3.2.1. MAC.
La subcapa MAC proporciona las principales funciones de acceso al canal. y acceso
múltiple. El acceso al canal se proporciona a través de la contención en los canales
dedicado a este fin. El acceso múltiple se proporciona a través de ranurado marco, con un
marco de datos de usuario que lleva 48 bytes de datos de usuario junto con 6 bytes de
sobrecarga.
2.3.2.2. Control de enlace de radio (RLC).
El RLC realiza varias tareas, tales como función de control de asociación (ACF), función de
control de recursos de radio (RRC), soporte de transferencia, ahorro de energía y control
de conexión DLC (DCC) ACF proporciona capacidades de autenticación y asociación. El
estándar requiere la implementación de DES y, opcionalmente, podría ser utilizado por ACF
RRC es responsable del uso eficiente del ancho de banda disponible. Eso proporciona
capacidad de medición para la relación señal / ruido (SNR) que se utilizará para
transferencia, asociación, adaptación de enlaces y selección dinámica de frecuencias
(DFS).
2.4. REDES DE ACCESO INALÁMBRICO DE BANDA ANCHA.
En esta categoría, hemos elegido las recomendaciones IEEE 802.16 e IEEE 802.20.2 el
acceso inalámbrico fijo implica falta de movilidad, aunque ese no es el caso en el acceso
inalámbrico de banda ancha. En cualquier red inalámbrica, se puede manejar algo de
movilidad simplemente porque la señal está disponible en una forma tridimensional.
Terminal inalámbrico conectado a otro terminal inalámbrico o una estación base la torre
puede moverse mientras ambos permanezcan dentro del mismo haz de antena. La cuestión
de la movilidad se vuelve crítica cuando una estación se mueve fuera de la rango de antena
actual desde el que estaba recibiendo la señal o hacia la que estaba enviando señal estos
dos tipos de movilidad, el primero como inher movilidad móvil y esta última como movilidad
gestionada. Cuando hablamos de conexión inalámbrica fija en las redes, generalmente
implicamos la ausencia de movilidad gestionada. La razón llamamos a este tipo de
movilidad, ya que la movilidad administrada se debe a una infraestructura de red se requiere
una cobertura distinta de la señal para manejar este tipo de movilidad, con funciones como
registro, enrutamiento de llamadas y reenvío y comunicaciones entre sistemas.
2.4.1. El plano de usuario
El plano de datos consta del equivalente de PHY y DLC y define tres subcapas con el control
de acceso al medio (MAC).
2.4.2. Capa MAC
La capa MAC IEEE 802.16 proporciona la doble capacidad de permitir múltiples tipos de
red para utilizar esta capa para compartir el ancho de banda de los sistemas de forma
segura moda.
Los tres términos en cursiva definen tres subcapas de MAC.
2.4.2.1. Subcapa de convergencia (CS).
Llamada convergencia específica del servicio subcapa en la Figura 2-10, esta subcapa es
responsable de liberar el MAC parte común de los detalles de los protocolos de capa
superior utilizando el servicios IEEE 802.16 MAC. ATM, así como las capas de
convergencia de paquetes son incluido en esta especificación para proporcionar un amplio
espectro de niveles superiores conectividad
2.4.2.2. Subcapa de la parte común de MAC (CPS).
El CPS proporciona el núcleo servicios MAC en forma de conexión punto a transmisión
multipunto con acceso a canales y uso compartido de ancho de banda. Emplea la división
del tiempo.
Dúplex (TDD) y dúplex por división de frecuencia (FDD) para que un FDD el canal podría
ser utilizado por muchas estaciones en un sector.3 El acceso múltiple el mecanismo
empleado es TDMA y el ancho de banda se asigna de tres maneras, contienda, sondeo y
reserva no solicitada.
El MAC está diseñado para un diseño de red de múltiples sectores con todas las estaciones
en un sector que analiza todas las señales para comprobar si son los destinatarios de un
segmento de datos.
2.4.4. IEEE 802.16a
Esta especificación es una enmienda a la norma original. Se propone cambios en ambas
capas (PHY y MAC). Permite los PHYs por debajo de 11 GHz. (2-11 GHz), relajando así la
condición de la línea de visión. Sin embargo, debido a las pérdidas en estas frecuencias,
se mejoran los mecanismos de administración de energía. El MAC las mejoras se
relacionan con la necesidad de ARQ para mejorar la confiabilidad del enlace. La topología
de malla está permitida para la transmisión multipunto a multipunto.
El efecto de la topología de malla es que se requiere un mecanismo de programación
distribuida porque los nodos no se comunican únicamente con las estaciones base. La
estación de abonado puede participar en el reenvío de paquetes para actuar como parte de
un barrio.
2.5. REDES DE DATOS CELULARES
La transmisión de datos a través de sistemas celulares ha visto grandes avances en últimos
años.4 Más de treinta años de avances en redes celulares móviles. Han culminado en la
forma de sistemas de tercera generación (3G), con paraguas nombre de IMT-2000 bajo la
bandera de la UIT y varios otros nombres en otros partes del mundo. A pesar de que los
sistemas IMT-2000 no eran todos evolución, son considerados así debido a las
arquitecturas intermedias basadas en IP entre los sistemas digitales 3G y 2G. Es entendido
por la comunidad de redes celulares. Que la parte más importante de las redes centrales
de las generaciones anteriores (sistema de señalización) se eliminará por completo en las
futuras versiones de la sistemas 3G Nos ocuparemos de la arquitectura de protocolo de
sólo lo último o propuesto, con una nota sobre cómo evolucionaron. Sin embargo, antes de
que nosotros haciendo eso, discutiremos dos puntos sobre los sistemas celulares. El primer
punto trata.
Con la principal diferencia entre la UE y las especificaciones norteamericanas de redes
celulares, y el segundo trata la cuestión de por qué no pudimos obtenga velocidades de
datos tan altas desde la red celular usando módems de grado de voz como lo hacemos
desde la PSTN, con el mismo núcleo de señalización.
2.5.4. Red de núcleo
La red central para GSM y sus avances, originalmente basada en una aplicación capa (parte
de aplicación móvil - MAP), agregada a la señalización PSTN protocolo del sistema de
señalización del canal común número 7 (SS7). En el Norte América, IS-41 es la red
principal, utilizando la versión norteamericana de SS7 con parte móvil agregada para
servicio celular. Debido a su naturaleza de circuito conmutado, la red central hasta 2.5
generaciones (2.5G) no ha sido muy eficiente.
Para la transmisión de datos.
Los sistemas 2.5G agregaron nodos de servicio basados en paquetes a la infraestructura
2G para proporcionar una funcionalidad similar a IP con velocidades de datos de 56–150
kbps. El general el sistema de paquetes de radio (GPRS) es una red de este tipo. Redes
centrales 3G fueron inicialmente una extensión de la red central GPRS.
2.6. RESUMEN
En este capítulo describimos brevemente las arquitecturas de protocolo de algunas redes
de datos inalámbricas. A continuación de este capítulo, discutiremos cada tipo de red en
mayor detalle. Las redes de datos inalámbricas ahora pueden ser desplegadas. Que cubre
un área muy pequeña (WPAN) a un área muy grande (por ejemplo, UMTS). Algunos los
últimos desarrollos, por ejemplo, la banda ultramarida (UWB), lo han hecho posible tener
cobertura de red inalámbrica de datos de área amplia desde el escritorio a velocidades
vehiculares sin cables. Una computadora de escritorio puede conectarse a sus periféricos,
a través de un PAN inalámbrico, a otras máquinas en la vecindad a través del inalámbrico
LAN, al ISP a través del acceso inalámbrico de banda ancha, y puede obtener movilidad
servicios a través de la conexión de datos celulares o, en el futuro, a través de una red de
acceso de banda ancha inalámbrica.
CAPITULO 4
WLANs: LA CAPA FISICA
En este capítulo, analizamos los componentes de capa física de algunas arquitecturas de
LAN inalámbricas conocidos. La capa física, por el momento, es la capa más compleja en
cualquier red de comunicaciones. La complejidad y variedad de funciones requiere con
frecuencia esta capa se divide en subcapas; la subcapa dependiente de medio físico (PMD)
y la subcapa de convergencia. Las especificaciones de la capa PMD se refieren a la
transmisión lógica y física de unidades de datos de protocolo de capa superior
(PDU). Funciones lógicas se refieren a la asignación de bits en señales y la
espalda. Funciones físicas tratan de codificación de señal y modulación para prepararla
para la transmisión sobre el medio inalámbrico. Capa de convergencia realiza funciones
lógicas para preparar datos de diferentes capas PMD para capas más altas. Además de
estos componentes, la topología física de redes de área local a veces se define como parte
de capa física. Topología tiene implicaciones en la física y funcionalidades de capa
MAC. Debido a características particulares del medio inalámbrico y una creciente demanda
de servicios multimedias inalámbricos, varios tipos de estación definidos también podrían
ser asociados a esta capa. En las secciones siguientes, veremos estos y otros
componentes de capa física de los estándares de LAN inalámbricas 802.11 de la IEEE y
ETSI HIPERLAN. Vamos a tratar siguiendo la secuencia de los componentes de la capa
física del capítulo 3.
Tabla 4.1 Varios Estándares IEEE 802.11
Nombre
Propósito
Observaciones
IEE 802.11
Grupo de trabajo. 2Mbps
3 PHYs, DSSS, FHSS y
WLAN estándar
DIR Y CSMA-CA basado
en MAC. Los primeros 2
usan bandas ISM 2.4
IEEE 802.11b
IEEE 802.11b-cor1
IEEE 802.11a
5.5, 11 Mbps Corrección de
Usa bandas de 2.4GHz.
extensión a la base de
Adiciones de MIB
gestión de la información
relacionadas al IEEE
(MIB)
802.11b
Extensiones de 6, 12, 24
Usa espectro U-NII
Mbps
5.7GHz. Opcional 9, 18, 36,
54 Mbps.
IEEE 802.11g
22-54 Mbps
Usa bandas 2.4 GHz.
IEEE 802.11e
Mejora de MAC
Para calidad del servicio
IEEE 802.11h
5.7 GHz de bandas de
gestión
IEEE 802.11i
Direccionado a las
del Espectro de Gestión
para IEEE 802.11a
Incluye IEE 802.1X etc.
preocupación de seguridad
4.1. IEEE 802.11 ESTÁNDAR SUITE
El IEEE 802 (LMSC — LAN / MAN Standards Committee) tiene una serie de estándares
en las bandas de 2.4 y 5.7 GHz. Estas normas tienen el prefijo IEEE 802.11, el nombre del
Grupo de Trabajo para estas normas. Los abordamos colectivamente llamándoles el
conjunto de estándares IEEE 802.11. La Tabla 4.1 muestra las definiciones de las diversas
recomendaciones / estándares especificadas por varios Grupos de Tareas.
Otro estándar que se espera que se use ampliamente con estas recomendaciones es el
IEEE 802.1X para la autenticación basada en puertos. Más detalles de esto se retrasan
hasta el Capítulo 9. En esta sección, analizamos los componentes de PHY de la suite IEEE
802.11.
4.1.1. Tipos de estaciones
Existen dos formas de definir estaciones en una WLAN, desde el punto de vista de una
aplicación general y desde el punto de vista de características específicas. El estándar
802.11 toma ambas vistas en cuenta para definir los siguientes tres tipos generales de
estaciones y algunos tipos específicos de estaciones.
Punto de acceso (AP). El AP es la estación central en una red de infraestructura. Realiza
funciones de red y control de comunicaciones, como autenticación y asociación.
Opcionalmente puede implementar la función de coordinación de puntos (PCF). Si se
implementa el PCF, el AP también controla el sondeo. Un AP generalmente también actúa
como un portal (ver más abajo), proporcionando una interfaz con otra LAN.
Portal. El estándar define el portal como un dispositivo que proporciona una función de
puente entre IEEE WLAN y otra LAN.
Estación Móvil (STA). La estación móvil es el originador o destinatario de destino de los
datos del usuario. En redes sin AP, las STA también deben tener algunas de las funciones
de retransmisión de paquetes. Todos los dispositivos, incluidas las estaciones móviles,
implementan la función de coordinación distribuida (DCF). Para usar intercambios de claves
compartidas, una STA debe implementar una privacidad equivalente cableada (WEP) u otro
algoritmo.
Coordinador de puntos (PC). El coordinador de puntos es un dispositivo que proporciona y
controla la función PCF. Típicamente, sería un AP.
Estación de CF-Pollable. Una estación CF-Pollasle es una estación que tiene la capacidad
de responder al mensaje de sondeo de una PC durante la parte del ciclo MAC libre de
contienda (CF). Esto podría ser un terminal de videoconferencia o un teléfono.
4.1.2. Medios del canal
Hay dos bandas de radiofrecuencia y una banda de infrarrojos empleadas en el estándar.
La tabla 4.1 muestra una relación entre los estándares y los medios [2]. Las bandas podrían
usarse de varias maneras, como se explica en la siguiente sección. El conjunto de chips
802.11b (ACX1000) de Texas Instruments utiliza una modulación altamente eficiente para
proporcionar hasta el doble de la velocidad de bits. Del mismo modo, el chipset ‘Turbo’ de
Athero ofrece velocidades superiores a 72 Mbps para 802.11a. Las tasas de bits reales son
más bajas que el máximo proyectado. De hecho, el grupo de trabajo para los estándares
apuntó a una tasa de bits de aproximadamente 3–8 Mbps para 802.11b [3] y superior a 20
Mbps para 802.11a [4].
4.1.3. Enlaces fisicos
El estándar permite tres tipos de enlaces físicos, como se muestra en la Figura 4-1.
1. Un enlace punto a punto entre estaciones finales. Esto debe ser utilizado para redes
independientes. En el nivel de enrutamiento, este enlace puede ser punto a punto o punto
a multipunto, según el tipo de enrutamiento. Sin embargo, las técnicas de modulación en el
PHY permiten que este enlace se trate como un enlace punto a punto.
2. Un enlace punto a punto entre una estación y un punto de acceso. El punto de acceso
en este caso actúa como una estación de relevo.
3. Un enlace infrarrojo difuso para comunicaciones infrarrojas. En este caso, todas las
comunicaciones se producen a través de la reflexión desde un techo grueso.
Figura 4-1. Conexiones PHY en 802.11
4.1.4. Acondicionamiento de señal
La banda ISM está exenta de licencia, las WLAN están sujetas a un entorno impredecible
en términos de interferencia. El IEEE 802.11 define dos estándares para la subcapa del
medio físico dependiente (PMD) para combatir la interferencia. Ambos están definidos para
la banda de 2.4 GHz. En función de la tecnología de espectro ensanchado, el espectro de
salto de frecuencia (FHSS) y el espectro de secuencia directa (DSSS) se describen
brevemente en la Tabla 4.2, basándose en un tutorial [5].
Las características de DSSS PHY para 2.4 GHz se dan en la Tabla 4.3 y 4.4. Un tutorial
más
detallado
[6]
está
disponible
en
el
sitio
web
de
IEEE
http://grouper.ieee.org/groups/802.11/tutorial/ds.pdf. Vea también [7] para una breve
introducción sobre los PHY 802.11b y 802.11a. Además, la Tabla 4.5 describe las
características de Infra-Red PHY de 802.11, la Tabla 4.6 enumera algunas características
de IEEE 802.11a PHY y la Tabla 4.7 muestra lo mismo para IEEE 802.11b.
4.1.5. IEEE 802.11g PHY
Este estándar está definido para el rango de 2.4 GHz. Proporciona más de 22 Mbps usando
OFDM. Su principal atractivo en comparación con IEEE 802.11a (Tabla 4.6) es la
interoperabilidad con IEEE 802.11b o las normas PHY anteriores. Dado que 802.11b es
interoperable con versiones más lentas (1 y 2 Mbps), la creación de 802.11g ha hecho
posible la interoperabilidad de las WLAN utilizando estaciones de 1 Mbps a velocidades de
datos de quizás 54 Mbps.
Tabla 4.2 Características de rechazo de interferencia de FHSS PHY para IEEE 802.11
Parámetros
Bandas
Valores
Observaciones
2.4-2.4835 GHz USA/EU
2.471-2.497 GHz Japan
2.445-2.475 GHz Spain
2.4465-2.4835 France
Números de canales de
frecuencia
79 USA/EU
23 Japan
Se recomienda 75 mínimo
para USA, 20 para EU
incluyendo Spain y France
27 Spain
35 France
Canal de espacio de poder de
Transmitido
1MHz
1W máximo para USA
100mW EU,
100mW/MHz Japan
Distancia mínima de salto
6 canales
Después del Canal x, siguiente
Canal x + Δ satisface │Δ│≥ 6
Modulo 79
Tabla 4.2 Características de rechazo de interferencia de FHSS PHY para IEEE 802.11
Parámetros
Valores
Observaciones
Canales/Secuencia de salto
26
3 grupos de un total de 78
patrones
Colisión de canales
Media de 3, máximo de 5
Encima de un ciclo de salto
Secuencia de canales para 𝑘 𝑡ℎ
2.402+(b[i]+k) Mod 79
b[i] ϵ {0 . . . 78} and i ϵ
Patrones de salto
US/most EU
{1... 79} acorde a la tabla de
patrones de salto para cada
territorio
2.473+[(I-1)¥k] Mod
23 + 73 Japan
2.447+(b[i]+k) Mod
27 + 47 Spain
2.448+(b[i]+k) Mod
35 + 48 France
Características de modulación para FHSS PHY de IEEE 802.11
Modulación Passband
FSK
Forma Gaussiana (GFSK)
Modulación Baseband
NRZ
Dato filtrado por Gaussiana
Filtro con banda ancha bit-time
producto BT = 0.5 o banda
ancha 500MHz 3dB
Velocidad de bits
1 Mbps
2Mbps opcional con 4 niveles
GFSK
Polinomio revuelto
1001001
Revuelto
Receptor de sensibilidad
-80dBm o más bajo para
1Mbps
Para una tasa de cuadros de
error de ≤3% con un tamaño
de cuadro de 400 octetos
-75dBm o más bajo para
2Mbps
Tabla 4.3. Interferencia/Rechazo de características de DSSS PHY especificaciones IEEE
802.11
Parámetros
Codigo-PN
Valores
11 chip secuencia Barker
±{+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,1,-1}
Observaciones
Secuencia mínima permitida
en USA por FCC
Ganacia de codigos
10.4dB
Tasa de chip
11Mcps
Canal de frecuencia
f(i) = 2412 + (i - 1) USA/EU
i = 0,1, . . . 10 para USA
f = 2484 para Japan
i = 2,3, . . . , 10 para EU
Tabla 4.4 Caracteristicas de DSSS PHY
Parámetro
Valor
Modulación
DBPSK para 1Mbps
DQPSK para 2Mbps
Velocidad de bits
1 y 2 Mbps
Tabla 4.5 Características de la infrared PHY de IEEE 802.11 WLAN
Parámetros
Valores
Observaciones
Tamaño de ola
850-950nm
Tipo de Radiación
Difundida
LoS ayuda también
rango
10m
20m con receptores sensibles
Transmisor
LED típico
Receptor
PIN diode típico
Tabla 4.5 Características de la infrared PHY de IEEE 802.11 WLAN
Parámetros
Valores
Modulación
Modulación de posición de
Observaciones
4PPM y 16PPM
pulso(PPM)
Sensibilidad de Receptor
2 x 10-5mW/cm2 for 1 Mbps
Para tamaño de cuadro de 512
octetos
Irradiancia Mínima
8 x 10-5mW/cm2 for 1 Mbps
Máximo de poder de Radiación
2 W ± 20% and 0.55 W ± 20%
Y FER de 4 x 10-5
para dos mascaras
4.2. RECHAZO DE INTERFERENCIAS UTILIZANDO LA SECUENCIA DE BARKER,
OFDM Y CCK
Es el uso de FDM ortogonal (OFDM) y de codificación de código complementario (CCK)
como esquemas de modulación para el rechazo de interferencias que ha permitido tener
PHY de mayor tasa de datos para el conjunto de estándares IEEE 802.11. Por lo tanto, es
justo decir algunas palabras sobre estos esquemas de modulación en este punto. Seremos
lo más simples posible, debido al requisito de antecedentes en la teoría de las
comunicaciones para una comprensión completa de estos esquemas.
Tabla 4.6 Características de IEEE 802.11a PHY
Parámetros
Valores
Interferencia de medidor de
Frecuencia de División
rechazo
Ortogonal multiplexada
Observaciones
Usando 52 sub carriles
(OFDM)
Velocidad de modulación de
bits
6,12,18,24,36,48,54 Mbps
Opcional mas de 36
Tabla 4.6 Características de IEEE 802.11a PHY
Parámetros
Valores
Observaciones
BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-
Cada tipo usado para dos
QAM
consecutivos
Banda ancha
16.6MHz
Banda ancha ocupada
Frecuencia central para canal
5000 + 5kMHz
k ϵ {0 . . . 200}
1/2, 2/3 y ¾ tasa de códigos
Circunvolución de códigos
Modulación
k
Capacidad de corrección de
Errores
Tabla 4.7 Características de IEEE 802.11b PHY (Alta tasa DSSS)
Parámetros
Valores
Espectro
2.4GHz
Interferencia de medidor de
Codificación
rechazo
complementaria
Observaciones
Igual que IEEE 802.11 PHY
de
código
8 chip CCK, 11Mcps tasa de
(CCK)
chip
modulación opcional binaria
circunvolucional codificado
Velocidad de bits
5.5 y 11 Mbps
Modulación
DQPSK para 5.5 Mbps
Paquete binario
DQPSK+QPSK para 11Mbps
Circunvolucional codificado
BPSK para PBCC opcional
(PBCC) puede ser opcional
reemplazarlo por CCK
802.11 DSSS
Dos tipos de preámbulos
provisionado
para
interoperabilidad con 802.11
DSSS
Interoperabilidad
802.11 FH con agilidad de
canal opcional
Sensibilidad de receptor
-76dBm para 11Mbps CCK
Para FER de 8 x 10-2 y tamaño
de cuadro de 1024 octetos
4.2.1. Secuencia de 11 bits de Barker
La secuencia de 11 bits de Barker es una secuencia conocida de números binarios (+ 1, 1) que tiene algunas de las propiedades deseadas de los códigos PN. Dos propiedades
principales son:
1. Ortogonalidad, demostrada por una alta autocorrelación y una correlación cruzada
insignificante de las secuencias;
2. Número bastante alto de combinación de secuencias.
Figura 4-2. El pico de autocorrelación en el código Barker se produce solo en la posición 0
del chip.
La secuencia Barker de 11 bits, especificada en el DSSS PHY de 1 y 2 Mbps, cumple muy
bien con el primer requisito. Sin embargo, debido al tamaño corto, no cumple muy bien con
el segundo requisito. Esto no afecta a las aplicaciones WLAN debido a su rango limitado.
Las mismas secuencias podrían asignarse en canales y salas vecinas. Aquí hay una
descripción de cómo esta secuencia cumple con cada criterio.
Propiedades de correlación. Correlación de dos secuencias digitales A = {a0, a1,. . ., an1} y B = {b0, b1,. . ., bn-1} de longitud n se define como otra secuencia C (A, B) = {c0 (a, b),
c1 (a, b), cn-1 (a, b)}, cuyo elemento j th cj (a, b) se obtiene por
𝑛−𝑗−1
𝐶𝑗 (𝑎, 𝑏) ∑ 𝐶𝑙 𝐶𝑙+𝑗
𝑙=0
La definición anterior de correlación se aplica tanto a la autocorrelación como a la
correlación cruzada. Si B = A, entonces la correlación se llama autocorrelación de A; de lo
contrario, es una correlación cruzada de A y B. Para el código Barker de 11 bits, la
autocorrelación da como resultado un pico en la posición cero (número de chip cero) y no
hay picos fuera de las posiciones cero como se muestra en la Figura 4-2.1. simplemente
significa que los códigos de Barker se pueden crear simplemente girando un código un chip
hacia la derecha o hacia la izquierda. El receptor previsto debe conocer la cantidad de
rotación y sincronizarse con él para la correcta recepción de los bits de datos.
Let A = {+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1};
B= {-1,+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1}
Aparentemente, B se ha obtenido por rotación en sentido antihorario de A en un bit.
𝑛−𝑗−1
Usando la expresión 𝐶𝑗 (𝑎, 𝑏) ∑𝑙=0
𝐶𝑙 𝐶𝑙+𝑗 , el auto y cruce de correlaciones son dadas
como:
C(A,A)={11,0,-1,0,-1,0,-1,0,-1,0,-1} es la auto correlación de A
C(A,B)={-1,10,-1,0,-1,0,-1,0,-1,0,-1} es el cruce correlación de A y B
De los cálculos de C (A, A) y C (A, B) es evidente que si un receptor está sincronizado con
la posición del chip cero puede detectar señales solo del transmisor que usa el mismo
código que el receptor. También se asegura de que se produzcan picos de potencia
suficientemente altos en esta posición para discriminar entre la señal de correlación y las
señales de interferencia.
4.2.2. Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
OFDM es la elección del esquema de modulación para el IEEE 802.11a PHY. Aquí,
intentamos una descripción general y fácil de seguir del esquema. Hay dos conceptos que
deben entenderse antes de describir OFDM. Estos se relacionan con (i) la respuesta de
frecuencia real de un canal frente a su capacidad, y (ii) multiplexación inversa.
Consideramos el ancho de banda del canal como el rango de frecuencias de señal que
podrían transmitirse a través de un canal sin un deterioro significativo. Idealmente, nos
gustaría ver un canal con respuesta de frecuencia similar a un ladrillo, que se muestra en
la Figura 4-3 como puntos.
En realidad, una respuesta de canal es cualquier cosa menos plana con esquinas bien
definidas. Los canales reales tienen un perfil de frecuencia grueso y de variación lenta, que
se muestra con una línea continua en la Figura 4-3. El ancho de banda puede definirse
arbitrariamente tomando un rango de frecuencias con una atenuación menor que (o
amplitudes arriba) una cierta fracción de la amplitud máxima. Un ancho de banda
comúnmente utilizado en los filtros electrónicos es el ancho de banda de media potencia (3
dB), que incluye el rango de frecuencia con potencia al menos la mitad del valor máximo.
Si la respuesta del canal fuera plana, quizás tendríamos una relación simple y predecible
entre la frecuencia del canal y la tasa de bits para un esquema de modulación determinado.
Pero debido al comportamiento del canal asintótico, los componentes de menor potencia
no pueden transportar datos a una velocidad tan alta como los componentes de mayor
amplitud. Debido a esto, alguna fracción del ancho de banda permanece siempre sin usar,
para proporcionar suficiente potencia para la señal de transporte de información y una
amortiguación entre canales adyacentes.
Figura 4-3. Diferencia de frecuencia responde a la idea actual de canales.
Figura 4-4. OFDM divide un canal a un gran número de barras delgadas
OFDM redefine la respuesta del canal como una gran cantidad de bandas de frecuencia
delgada, como se muestra en la Figura 4-4.
Cada banda actúa como un canal de frecuencia diferente y podría transportar datos
independientes de otras bandas estrechas. Por lo tanto, una banda estrecha (llamada
portadora OFDM) podría tener una capacidad de transporte de datos de acuerdo con su
amplitud, velocidades de datos más altas para amplitudes más altas, etc. En esencia, una
señal OFDM consiste en un gran número de portadoras, cada una con una cantidad
diferente de datos (en general) de la misma fuente. Por lo tanto, los datos de una fuente
rápida podrían dividirse entre estos canales, de acuerdo con las amplitudes de los canales.
Esto es opuesto a la multiplexación, por lo que también puede llamarse multiplexación
inversa. Como se ve en la figura, OFDM da como resultado una utilización eficiente del
canal. Sin embargo, sería mucho más complejo que usar el canal como una ventana de
una sola frecuencia. Los chips de procesamiento de señales digitales de alta potencia están
disponibles para implementar dichos esquemas de modulación en estos días.
OFDM recuerda una de las series de Fourier, en la que una señal está representada por
una serie de componentes con frecuencias ortogonales entre sí. De hecho, los canales
OFDM son ortogonales entre sí debido a su coexistencia no superpuesta. Por lo tanto, el
análisis de Fourier inverso se utiliza como transmisor OFDM y el análisis de Fourier como
receptor. La limitación de los análisis de Fourier y de Fourier inverso es que idealmente
habría un número infinito de portadores como entrada o salida. Este problema se resolvió
durante mucho tiempo en el diseño de técnicas numéricas para el análisis de Fourier para
ser utilizado en computadoras y chips DSP. Un mecanismo eficiente, llamado Fast Fourier
Technique (FFT), se emplea en el diseño de transceptor OFDM, con FFT inversa (IFFT) en
el transmisor y FFT en el receptor. La velocidad de bits total del flujo OFDM es la suma de
las velocidades de bits en todos los canales de banda estrecha. Estos canales de banda
estrecha también se denominan tonos y OFDM también se denomina modulación multitono.
Cada tono en OFDM puede usar una modulación diferente dentro de él, por ejemplo, BPSK,
QPSK, etc.
Tabla 4.8. Definición de {∅𝒌 }
Combinación de bit (𝑏0 = LSB)
∅𝑘
{b1,b0}
∅1
{b3,b2}
∅2
{b5,b4}
∅3
{b7,b6}
∅4
Tabla 4.9. Fase de Asignación para DQPSK
Combinación de bit (𝑏𝑖+1 , 𝑏𝑖 );
Valor de ∅𝑘
en radianes
I = 0,…,6
00
0
01
π
10
π/2
11
-π/2
4.2.3. Código de código complementario (CCK)
CCK es, en efecto, un MPSK con el código de codificación que tiene capacidades de
rechazo de interferencia similares a los códigos de Barker. Usando dos capas de
modulaciones, por ejemplo, una señal CCK codifica 8 bits, lo que da una velocidad de
transmisión de 1/8 de la velocidad de bits. Por lo tanto, para una velocidad de bits de 11
Mbps, la velocidad de transmisión es de 11/8 = 1.375 Mbaud. Una codificación de 8 bits por
símbolo da como resultado una tasa de bits de 5,5 Mbps. En la especificación WLAN de
IEEE, la primera capa de modulación da como resultado la determinación de valores de
cuatro ángulos de fase utilizando las Tablas 4.8 y 4.9. La segunda capa de modulación
tiene como resultado la determinación del valor de un símbolo multifase, que tiene ocho
componentes en el caso de 802.11b. El estándar 802.11b, que usa CCK, especifica el uso
del siguiente símbolo multifase para la codificación:
𝐶 = (𝑒 𝑗(∅1 +∅2 +∅3 +∅4 ) , 𝑒 𝑗(∅1 +∅3 +∅4 ) , 𝑒 𝑗(∅1 +∅2 +∅4 ) − 𝑒 𝑗(∅1 +∅4 ) , 𝑒 𝑗(∅1 +∅2 +∅3 ) , 𝑒 𝑗(∅1 +∅3 ) )
− 𝑒 𝑗(∅1 +∅2 ) , 𝑒 𝑗(∅1 ) )
Los valores de {∅𝑘 } no son únicos y el valor real de cada uno depende de los pares de bits
de la secuencia de símbolos de 8 bits y de la tabla de codificación DQPSK como se muestra
en la Tabla 4.9.
En una de las implementaciones reales de CCK en un chip de Intersil, dos bits
correspondientes a ∅1 se codifican por separado para desplazar (rotar) la fase de señal
creada por b7 a b2. Se utilizan 2 bits b7 a b2 para seleccionar uno de los 64 valores de fase
posibles con combinaciones de 6 bits según la ecuación dada por el estándar 802.11b. Esto
es posible porque ∅1 está presente en los ocho componentes de c, y por lo tanto resulta en
un cambio de fase para todos los componentes.
4.2.4. Transmisión de datos PHY
La señal modulada de un tipo de varios PHY PMD (IR, DSSS (802.11, a, b, g), FH)
generalmente podría recibirse solo por el mismo tipo de PHY PMD. Esto se debe a las
diferentes capacidades de cada tipo de medio. Estas diferencias deben ocultarse de la capa
MAC. Por lo tanto, los datos de cada PMD PHY se enmarcan en una subcapa de
convergencia antes de ser intercambiados entre el MAC y el PMD. La subcapa de
procedimientos de convergencia de capa física (PLCP) de PHY se encarga de las
capacidades de un PMD y define las tramas de PHP PLCP para cada tipo de medio PHY.
4.2.4.1. Formato de cuadro PLCP para la serie 802.11. Las figuras 4-5 a 4-9 muestran la
trama PLCP para cada uno de los PHY descritos anteriormente:
4.2.4.2. Significados de los campos de marco
Sincronización (Sync). Este campo ayuda al receptor a sincronizar su operación en los
límites del cuadro. Diferentes PHY tienen diferentes longitudes de los campos de
sincronización. Esto se debe en parte a diferentes velocidades de bits y en parte a diferentes
unidades de tiempos de transmisión. Por ejemplo, el PLCP infrarrojo especifica el campo
de sincronización en términos de ranuras, una ranura igual a 250 ns. Otra observación es
que los campos de sincronización para 802.11 y 802.11b tienen la misma longitud, sentando
las bases para la compatibilidad.
Figura 4-5. Cuadro FH PCLP.
Figura 4-6. Cuadro DSSS PCLP.
Figura 4-7. Cuadro IR PCLP.
Figura 4-8. Cuadro 802.11a PCLP.
Figura 4-9. Cuadro 802.11b PCLP
Iniciar el delimitador de cuadros (SFD). Este campo existe en todos excepto el de alta
velocidad 802.11a PHY. Este campo indica el inicio de los parámetros PMD dentro de
PLCP. A continuación de este campo se encuentra el encabezado que contiene los
parámetros.
PLCP_PDU Longitud Palabra (PLW). Este campo es el número de octetos de datos en el
campo de datos. El campo de datos es la MAC-PDU.
Campo de señalización PLCP (PSF). Especifica la velocidad de datos que se utilizará en
la transmisión / recepción de cuadros actual.
Suma de comprobación de error de encabezado y CRC. Estos campos se utilizan para
la detección de errores utilizando CRC.
Los PHY para la suite IEEE 80.11 tienen funciones de administración definidas en el plano
de administración de capa. Además, la MIB almacena los valores de varios parámetros para
el PHY. No estamos considerando los problemas de administración de capa o estación y,
por lo tanto, omitiremos la discusión y pasaremos a PHY para la próxima WLAN.
4.3. HIPERLAN PHY
La HIPERLAN (LAN de radio de alto rendimiento) ha sido especificada por el comité técnico
de Sistemas y Equipos de Radio del Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones
(ETSI, por sus siglas en inglés) 10 (RES10). La estandarización de HIPERLAN se completó
antes de IEEE 802.11, pero continúa debido a su uso proyectado como interfaz para los
sistemas celulares de la próxima generación. HIPERLAN es uno de una familia de
estándares que incluye otros tres. A continuación se presenta una breve descripción de
cada uno:
HIPERLAN 1. Definido en la banda asignada por CEPT de 5,15–5,25 GHz para muy corto
rango (50 m), baja movilidad (1,4 m / s) para redes independientes, así como HIPERLAN
PHY 79 16 bits Sincronización de inicio delimitador de trama Servicio de señal CRC Datos
128 bits 16 bits 8 bits 16 bits Variable Preámbulo Encabezado 8 bits Longitud Figura 4-9.
Marco PCLP 802.11b. Tecnología de interfaz TEAM LinG con datos de alta velocidad
(velocidad de Ethernet) y audio de bajo retardo (32 kbps, 10 ns) y video (2 Mbps, 100 ns).
HIPERLAN 2. Utiliza el mismo espectro que HIPERLAN 1, con alguna adición y se usa
principalmente para la interfaz con la red troncal ATM. Las tasas de datos en el acceso de
50 Mbps son posibles en PHY. Hipercceso
HIPERACCESS es para acceso de alta velocidad al aire libre (25 Mbps) para proporcionar
una interfaz para datos inalámbricos a las redes celulares. Es parte del proyecto de
asociación de tercera generación de ETRI (3GPP). HIPERACCESS no se proyecta para
proporcionar servicios de movilidad. Funcionará tanto en entornos ATM como IP. Utiliza una
serie de bandas con licencia.
HIPERLINK. HIPERLINK es una tecnología de interconexión entre HIPERLAN / 2 y
HIPERACCESS, la primera en el espectro sin licencia y la última en el espectro con licencia.
Junto con HIPERACCESS e HIPERLAN / 2, completa la red de acceso de radio de banda
ancha ETSI (BRAN). La Figura 4-10 muestra la aplicación de la "familia" BRAN. Dado que
HIPERACCESS y HIPERLINK forman parte de la red de acceso, los analizaremos en redes
de acceso inalámbrico de banda ancha. Aquí continuaremos con la discusión de HIPERLAN
y HIPERLAN2 (junto con HIPERLAN / 2) PHY.
Figura 4-10. Varias partes de BRAN.
4.3.1. Tipos de estaciones
Dado que HIPERLAN MAC está diseñado para proporcionar servicios multimedia, los
terminales de voz, video y datos constituyen estaciones HIPERLAN. El término terminal
móvil (MT) se utiliza para describir los terminales de usuario HIPERLAN. El estándar
también utiliza el punto de acceso (AP) con el mismo rol que el AP IEEE 802.11. Los AP
HIPERLAN realizan lo que se denomina selección dinámica de frecuencia (DFS). El
algoritmo DFS da como resultado la selección automática del canal más claro. Una
diferencia entre IEEE 802.11 e HIPERLAN es el uso de un controlador central (CC) en un
grupo (celda) de terminales HIPERLAN [8]. El CC es una asignación ad hoc y cualquier
estación podría actuar como tal. El trabajo principal de CC es asignar intervalos de tiempo
a varias estaciones para emular un protocolo orientado a la conexión. Esto elimina el
problema del terminal oculto en HIPERLAN a costa de una mayor complejidad.
4.3.2. Medios del canal
HIPERLAN 1 fue diseñado para el espectro de 5 GHz sin licencia. La asignación original
de ETSI fue la banda de 5,15–5,25 GHz, aunque en algunos países se ha realizado una
extensión posterior a 5,30 GHz. Esta banda es principalmente para uso en interiores. Para
HIPERLAN2, se ha agregado un espectro adicional en el rango de 5.470–5.875 GHz para
uso en interiores más en exteriores. Parte del espectro adicional (5.725–7.875 GHz) no está
exento de licencia. Tanto la infraestructura como las configuraciones ad hoc son posibles
con la asignación de canales orientada a la conexión. En el caso de una configuración ad
hoc, un grupo de MT se denomina celda. Uno de los MT actúa como un controlador central
para coordinar la asignación de intervalos de tiempo.
4.3.3. Acondicionamiento de señal
HIPERLAN utiliza OFDM debido a su fuerza para mitigar las rutas múltiples. IEEE 802.11a
también emplea OFDM (FFT de 64 puntos) de una manera compatible con HIPERLAN. En
HIPERLAN, el ancho de banda se divide en 19 canales de 20 MHz cada uno. Cincuenta y
dos subportadoras por canal proporcionan una utilización altamente eficiente. Los intervalos
de guarda de 800 ns son obligatorios con una opción de 400 ns. La duración del símbolo
es de 4 ms. Un gran número de bits por símbolos OFDM resulta en tener símbolos lentos
pero manteniendo una alta velocidad de bits del canal. La codificación de control de errores
mejora aún más el número de bits por símbolo, lo que permite espacio para errores.
4.3.4. Modulación y codificación
Hay cuatro esquemas de modulación para siete velocidades de canal (BPSK para 6 y 9
Mbps, QPSK para 12 y 18 Mbps, 16QAM para 27 y 36 Mbps y 64QAM para la opción de 54
Mbps. El aumento en la velocidad del canal se debe a la modulación y al error diferente
tasas de código. Para las modulaciones BPSK y QPSK, las tasas de código de 1/2 y 3/4
proporcionan dos velocidades de canal diferentes. Para 16QAM, las tasas de código de
9/16 y 3/4 proporcionan dos tasas diferentes, mientras que 64QAM emplea una tasa de
código de 3 / 4. La Tabla 4.10 enumera varios parámetros de modulación para HIPERLAN.
IEEE 802.11a especifica todas las velocidades de canal de HPERRLAN, excepto 27 Mbps
(en lugar de 27, IEEE 802.11a tiene una velocidad de canal de 24 Mbps).
Tabla 4.10 Parámetros de modulación HIPERLAN PHY
Velocidad
6
9
12
18
27
36
54
BPSK
BPSK
QPSK
QPSK
16QAM
16QAM
64QAM
1/2
3/4
1/2
3/4
9/12
3/4
3/4
24
36
48
72
108
144
216
48
48
96
96
192
192
288
del Canal
(Mbps)
Modulación
Tasa de
codificacion
Bits/Simbolo
(data)
Bits/Simbolo
(canal)
Figura 4-11. Cuadro de baja tasa de bits y alta tasa de bits HIPERLAN PHY
4.3.5. Transmisión de datos, convergencia y selectividad de velocidad.
A diferencia de la suite IEEE 802.11, HIPERLAN tiene un solo espectro, lo que elimina la
necesidad de convergencia PHY. Uno de los puntos fuertes de HIPERLAN es la capacidad
de adaptación de enlaces. Un algoritmo de adaptación de enlace selecciona
automáticamente la velocidad de transmisión apropiada. Esto ayuda a que las aplicaciones
cumplan con los requisitos de QoS. La figura 4-11 muestra un marco HIPERLAN.
4.3.6. Gestión de phy
La MIB para PHY proporciona una serie de parámetros para configurar los atributos de
capa. Estos parámetros se relacionan, entre otros, con la Base de información de topología
(TIB), la Base de información de vecinos (NIB), la Base de información de alias (AIB) y la
Base de información de rutas (RIB).
4.4. RESUMEN
Este capítulo examinó varias opciones de PHY para los dos estándares WLAN. Aunque
HIPERLAN 1 podría considerarse una competencia del IEEE 802.11, con el inicio de
HIPERLAN 2, que es muy similar a IEEE 802.11a en términos de PHY, cualquier ventaja
de PHY se elimina esencialmente. Debido a la naturaleza orientada a la conexión de
HIPERLAN, se desempeña mejor para aplicaciones multimedia. La interfaz ATM de
HIPERLAN 2 no parece ser prometedora, ya que IP se ve cada vez más como la única
tecnología de área amplia. Además, con la introducción de IEEE 802.11g de 2,4 GHz,
incluso el IEEE 802.11a de alta velocidad no parece tan prometedor. En general, IEEE
802.11, byg parecen estar destinados a universalizarse. Lo que aún es una gran fortaleza
de BRAN es el hecho de que abastece a la conectividad de extremo a extremo y se integra
con la tecnología celular de próxima generación en la forma de HIPERLAN 3 (HIPERLINK)
y HIPERLAN 4 (HIPERACCESS). Por todas las razones correctas, existe una cooperación
cada vez mayor entre IEEE y ETSI, con el fin de crear estándares que no estén muy
alejados o sean interoperables entre sí.