Ingeniería Técnica de

Telecomunicación, Especialidad

Telemática

Complementos de Telemática

Curso 2011-2012

Antonio Guirado Puerta

María Victoria Bueno Delgado

Práctica 1 Estudio de la banda ISM

1. Introducción Para permitir comunicaciones radio a usuarios individuales no comerciales,

ITU habilitó a nivel internacional unas bandas de frecuencia especiales de uso libre y gratuito conocidas como banda ISM (Industrial, Scientific and Medical). En España el Cuadro Nacional de Asignación de Frecuencias (CNAF) del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio recoge esta regulación y define en sus notas UN-85 y UN-128 las bandas de 2,4Ghz y 5Ghz respectivamente de uso común.

Los dispositivos basados en tecnologías WLAN (802.11) y WPAN

(Bluetooth, Zigbee) hacen uso de la banda de 2,4Ghz. Sin embargo también es utilizada por otros dispositivos como teléfonos sin hilos, micrófonos sin hilos, mandos de garaje, PMR-446, bucles inductivos, implantes médicos, aeromodelismo, radares anticolisión, etc.

En la presente práctica se aborda el estudio de la banda ISM de 2,4Ghz, caracterizando, tanto el espectro generado por dispositivos de comunicación inalámbricos (802.11 y Bluetooth), como posibles fuentes de interferencias (microondas y teléfonos inalámbricos). Para responder a las distintas cuestiones que se plantean en estas prácticas, se recomienda al alumno que realice la búsqueda de información sobre cómo se producen las comunicaciones 802.11g y Bluetooth, uso del espectro radioeléctrico, ancho de banda de los canales, etc.

2. Analizador de espectro

Para la realización de la práctica cada grupo dispone de un analizador de espectro Wi-Spy que se interconecta al PC mediante el puerto USB, así como de software asociado denominado Chanalyzer.

La primera parte de la práctica consiste en familiarizarse con el software.

Para ello se adjunta en el anexo 1 una guía de usuario. El alumno deberá leer el anexo y entender las distintas vistas que se muestran del espectro: espectral, plana y topográfica.

Se le anima al alumno a que en casa también haga uso de otras

herramientas de libre distribución que analizan el espectro a través de la tarjeta Wifi de su ordenador, como NetStumbler o InSSIDer.

3. Visualización de capturas existentes

Chanalyzer permite la visualización de capturas previamente realizadas. En el escritorio, dentro de carpeta “Wi-Spy/WSR” se encuentran los ficheros de las capturas. Para visualizarlas simplemente pulse sobre ellos.

Captura 1. Transferencia Wi-Fi.

Descripción: La captura muestra la transferencia de un fichero a través de una red WI-FI 802.11g.

Preguntas:

- En qué canal se encuentra configurado el Punto de acceso (AP)?

- ¿Existes otros AP o fuentes de interferencias? Razone la respuesta.

Captura 2. Transferencia 1 Wi-Fi con interferencias de un microondas.

Descripción: Representa la descarga de un fichero en una red WI-FI a la que se le suman las interferencias de un microondas.

Preguntas:

- ¿En qué canal se encuentra configurado el AP?

- Caracterice la interferencia del microondas (potencia máxima, media, canales afectados, etc.)

- ¿Cree que la calidad de la transmisión se ha visto afectada produciéndose retransmisiones?

Captura 3. Transferencia 2 Wi-Fi con interferencias de un Microondas.

Descripción: Representa la descarga de un fichero en una red WI-FI a la que se le suman las interferencias de un microondas.

Preguntas:

- ¿En qué canal se encuentra configurado en AP?

- ¿Cree que la calidad de la transmisión se ha visto afectada produciéndose retransmisiones? Razone la respuesta

Captura 4. Teléfono inalámbrico y red Wi-Fi.

Descripción: Durante la captura se pulsa varias veces el botón “channel” del teléfono inalámbrico para que esta cambie de canal hasta utilizar uno que no interfiera con la red WI-FI.

Preguntas:

- ¿En qué canal se encuentra configurado en AP?

- ¿Cuál es la secuencia de canales utilizada por el teléfono? Sigue

algún patrón establecido o parece una secuencia aleatoria?

- En el canal final en que queda configurado el teléfono, ¿producirá el teléfono interferencias en la red Wi-Fi?

Captura 5. Oficina.

Descripción: Esta captura se ha realizado en una oficina donde existen típicamente múltiples puntos de acceso, propios y ajenos, configurados en canales diversos.

Preguntas:

- ¿Cuántas redes Wi-FI hay?¿En que canales?

- ¿Cuáles son los canales más utilizados?

- ¿Qué canal utilizaría si tuviera que montar un nuevo AP? Justifique su respuesta

4. Capturas en el laboratorio

Captura 1

A partir de la experiencia adquirida a través del análisis de las capturas anteriores ahora se debe caracterizar el uso de la banda de 2,4Ghz en el laboratorio. Para ello se debe realizar una captura en directo del espectro de al menos 5 minutos.

Tras realizar la captura, ésta se debe analizar respondiendo a las siguientes

preguntas:

- ¿Cuántas redes Wi-FI hay?

- ¿Cuáles son los canales más utilizados?

- ¿Qué canal utilizaría para montar un nuevo AP? Justifique su respuesta

Captura 2

En este caso se va a activar dispositivos Bluetooth cuyas transmisiones se añadirán a las detectadas en el caso anterior. Para ello se conectarán diversos dispositivos USB Bluetooth en los PCs del laboratorio para realizar una transferencia de un archivo entre dos de ellos. Indíquele al profesor que se encuentra en este punto para que le proporcione el dispositivo Bluetooth correspondiente. Si el alumno dispone de teléfono móvil con tecnología Bluetooth podrá activarlo también si así lo desea.

Tras configurar los dispositivos Bluetooth y realizar la transferencia, analice

la captura realizada del espectro y responda a las siguientes preguntas:

- ¿Qué técnica de espectro ensanchado utiliza Bluetooth?

- ¿Cómo son los canales individuales Bluetooth con respecto a los de

802.11? ¿Ocupan más ancho de banda? ¿Cómo es el ancho de banda agregado que al final de la transmisión se ha utilizado alguna vez con respecto 802.11? ¿Mayor o menor?

- ¿En algún momento los canales Bluetooth utilizan los canales

802.11?. ¿En caso afirmativo durante cuanto tiempo se solapan los canales hasta de que Bluetooth salte a otro canal?

- Teniendo en cuenta que el analizador de espectro toma una muestra cada 96 mseg, ¿sería posible conocer la secuencia de ensanchado seguida por dos dispositivos Bluetooth suponiendo una captura sin interferencias?

5. Resultados y trabajo a entregar

A la finalización de la práctica cada alumno entregará una memoria con las respuestas a las preguntas planteadas durante la práctica. La memoria se enviará por correo electrónico al profesor de su grupo de prácticas con fecha máxima indicada por el profesor en la hora de prácticas.

Anexo 1-Analizador de espectros Wi-spy Wi-Spy es un analizador de espectro que trabaja en las frecuencias de 2.4 y

5 Ghz (desde el 2009, las nuevas versiones de Wi-Spy también permiten analizar la banda de los 900 Mhz). Wi-Spy muestra en tiempo real el espectro completo (canales 1-14) para poder así observar el tráfico, la ocupación, la potencia y las posibles interferencias de las señales recibidas en un punto concreto. De esta forma, se pueden tomar decisiones sobre qué canales utilizar para instalar nuevas infraestructuras o ver de forma clara qué está pasando cuando hay una instalación problemática que no hay forma de estabilizar. Cualquier instalador de redes Wi-Fi no debe prescindir de este tipo de herramienta para trabajar.

Wi-Spy dispone de distintos programas diseñados para los profesionales o semiprofesionales en la instalación de redes inalámbricas. El más importante, y de uso en esta práctica es el Chanalyzer. Este programa ofrece una visión muy clara de lo que está pasando en el aire en forma de gráficos de todo tipo (tridimensionales, clásicos, por escala de tiempo, etc.) y permite compararlos con muestras incluidas de señales de todo tipo de aparatos (teléfonos DECT, hornos microondas, señales 802.11, Zigbee, etc.). Además permite conectarlo de forma remota (cliente-servidor) en forma de sonda remota para visualizar en tiempo real un punto lejano.

Chanalyzer está disponible en dos versiones: una más profesional (Chanalyzer 3) y otra más amateur llamada Chanalyzer Lite. Ambos programas se pueden encontrar para Windows o Mac. Estas dos herramientas de software combinan el uso de Wi-Spy con la propia tarjeta Wi-Fi del equipo donde se ejecuta.

Otra herramienta que puede ser de interés para los alumnos es InSSIDer, que además de ser gratuita, no necesita del hardware Wi-Spy, sino que funciona con cualquier tarjeta Wi-Fi. Es “un sustituto” de la herramienta Netstumbler, pero en versión totalmente renovada. Todos estos programas permiten utilizar un GPS para la obtención de coordenadas en las mediciones y almacenar todos los datos obtenidos en forma de logs, capturas de pantalla, videos, etc.

Navegando por la herramienta Chanalyzer En el lado derecho de la herramienta se muestran 4 menús, cuyo

significado se explica a continuación. - Spectral View (vista espectral) La vista espectral muestra una gráfica donde se observa la amplitud de las

señales capturadas (en dBm) en función del tiempo para cada frecuencia. La trama temporal define cada cuanto tiempo se pintará una nueva línea en la gráfica (tiempo medido en milisegundos, segundos, minutos, etc.).

El color de cada frecuencia/instante temporal representa la amplitud de esa frecuencia, siendo el color azul oscuro el que se utiliza para representar las bajas amplitudes y un color rojo brillante para representar los valores de amplitud elevados.

- Topographic View (vista topográfica) La vista topográfica muestra una gráfica con la amplitud de la señal (en

dBm) para las distintas frecuencias, similar a la vista planar, pero en lugar de mostrar la amplitud instantánea, muestra la “popularidad” (uso) de cada frecuencia sobre los últimos 8 minutos de análisis del espectro. Las tonalidades de color que se muestran en esta vista son similares a las de la vista espectral pero ahora en azul se muestran los valores bajos y rojo los valores altos. Cuidado, la coloración ahora representa la “popularidad”, en lugar de la amplitud.

El time Frame que se muestra en el menú de vista topográfica permite ajustar la longitud temporal de los datos que se desean observar. Permite analizar, por tanto, patrones de potencia de señal largos y cortos, variando en el tiempo. Max Percentage permite ajustar la intensidad de la vista topográfica.

- Planar View (vista planar) La vista planar muestra una gráfica de la amplitud instantánea sobre la

frecuencia. La línea roja muestra la amplitud en el instante temporal analizado, mientras que la zona verde limita el valor medio de amplitud, y la zona azul muestra la amplitud máxima alcanzada. Haciendo click en las opciones del panel de control de vista planar (Current, Average, y Max), se pueden observar las trazas correspondientes a cada uno de esos parámetros.

Hay dos marcas de frecuencia que se visualizan en la vista planar. Cuando estas marcas están habilitadas, los valores de frecuencia, Current, Average y Max se visualizan en el panel de control de la vista planar. Los marcadores se pueden arrastrar con el ratón o teclado. Haciendo click en el color correspondiente del menú las marcas se habilitan y deshabilitan.

- X-axis Labels (eje X de las gráficas) El menu X-axis permite visualizar en el eje de las X la frecuencia en MHz,

en número de canales Wi-Fi o Zigbee. Para cambiar el modo de visualización basta con seleccionar el modo deseado en el menu desplegable.

Para más información: Wi-spy: http://www.thinkgeek.com/files/user-guide.pdf

Chanalyzer:http://www.metageek.net/products/chanalyzer-

3/#http://www.metageek.net/files/images/Chanalyzer400a_0.png InSSIDer: http://www.metageek.net/products/inssider/download/