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Tecnologías Inalámbricas
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El espectro de Frecuencias
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Factores que afectan a las tecnologías inalámbricas
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DISTANCIA DE UNA LÍNEA DE VISTA
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ATENUACION DE LA SEÑAL
Cuanto más lejos estén los dispositivos entre ellos, la pérdida de señal será más grande.
𝑃𝑟 = 𝑃𝑡𝑐2
4𝜋𝑓𝑑 2
Donde:
Pt = potencia de la señal de la antena transmisora
Pr = potencia de la señal de la antena receptora
f = frecuencia de la onda portadora
d = distancia de propagación entre las antenas
c = velocidad de la luz (3 108 m/s)
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ABSORCIÓN DE LA SEÑAL
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DESVANECIMIENTO (FADING)
El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o más haces de la señal
transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente diferentes.
Las fuentes de propagación multi-trayecto son: Reflexión, Difracción y Scattering,
siendo sus posibles efectos:
Desvanecimiento multicamino
Degradación de la data.
Anulación de la señal.
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DIVERSIDAD DE ESPACIO
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DIVERSIDAD DE FRECUENCIA
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Técnicas de Transmisión
SPREAD SPECTRUM (Espectro Ensanchado o Amplio)
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Ventajas:
Resiste la interferencia intencional y no intencional
Tiene la capacidad de eliminar o aliviar el efecto de interferencia por trayectos múltiples
Se puede compartir la misma banda de frecuencia (superposición) con otros usuarios
Privacidad debido a la secuencia de pseudo código aleatorio (multiplexación por división
de código)
Desventajas:
Ancho de banda ineficiente
La implementación es algo más compleja
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Dependiendo de la forma en que se utiliza el espectro de frecuencias, existen tres
tipos de sistemas de espectro ensanchado actualmente en uso:
Espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS)
Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS)
OFDM.
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DIRECT-SEQUENCE SPREAD SPECTRUM (DSSS)
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FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM (FHSS)
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CODE DIVISION MULTIPLEXING (CDM)
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ORTHOGONAL FREQUENCY-DIVISION MULTIPLEXING – (OFDM)
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Protocolos LAN Wireless
Standard Año
Rate
Teorico
(Mbps)
Rate
Práctico
(Mbps)
Modulación
IEEE 802.11b (2.4 GHz) 1998 11 5,5 DSSS
IEEE 802.11a (5 GHz) 1999 54 20 OFDM
IEEE 802.11g (2.4 GHz) 2003 54 23 OFDM
IEEE 802.11n (2,4 y 5 GHz) 2007 450 200 OFDM
IEEE 802.11ac (5 GHz) 2014 1300 200-500 OFDM
El estándar 802.11 define dos modos operativos:
Modo de infraestructura
Modo ad-hoc
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Método de acceso al medio
CSMA/CA (CSMA con Prevención de Colisiones).
802.11 posee en su capa de enlace dos funciones llamadas DCF (Función de Coordinación Distribuida) y PCF (Función de Coordinación Puntual)
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DIFS = SIFS + (2 * Slot time)
StandardSlot time
(µs)
SIFS
(µs) DIFS (µs)AIFS
(µs)
CWmin CWmax
IEEE 802.11b (2.4 GHz) 20 10 50 - 31 1023
IEEE 802.11a (5 GHz) 9 16 34 - 15 1023
IEEE 802.11g (2.4 GHz) 9 10 28 - 15 1023
IEEE 802.11n (2,4 y 5 GHz) 9 16 34 WMM WMM WMM
IEEE 802.11ac (5 GHz) 9 16 34 WMM WMM WMM
PIFS = SIFS + SlotTime
Arbitrated InterFrame Spacing (AIFS)
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Algoritmo binario exponencial truncado de Backoff(Truncated Binary Exponential Backoff)
Utiliza una ventana de contienda CW cuyo tamaño es un múltiplo aleatorio del Slot Time. Si finalizado el
tiempo de la ventana de contienda el medio continúa libre, entonces se transmite el frame.
Cada estándar WiFi tiene dos valores de ventana de contienda: CWmin y CWmax. El número aleatorio se
elegirá entre 0 y el valor de CWmin.
CW = n * Slot-Time
Donde 0 ≤ n ≤ CWmin
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El algoritmo de Backoff se utiliza también en caso de colisión
Un timeout se produce cuando luego de:
ACK Timeout = Air Propagation Time (max) + SIFS + Time to transmit 14 byte ACK frame
[14 * 8 / bitrate in Mbps] + Air Propagation Time (max)
Donde el tiempo de propagación de aire para 300 metros es de 1 µs.
Cuando colisiona por primera vez la ventana de contienda se elige aleatoriamente
entre 0 y CWmin, incrementando su valor de acuerdo a:
CWactual = CWanterior * 2 + 1
Pudiendo tomar los siguientes valores:
1 – 3 – 7 – 15 – 31 – 63 – 127 – 255 – 511 – 1023
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Estación Oculta / Expuesta
Para solucionar estos dos problemas, DCF implementa la técnica MACAW (multipleaccess with collision avoidance for Wireless).
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Modo de Infraestructura
PCF (Función de Coordinación Puntual),
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Frame 802.11
Cuando se diseñó el estándar 802.11 se pensó en dos tipos básicos de
servicios:
• BSS (Basic Service Set)
• ESS (Extended Service Set)
DS Distribution System es la infraestructura que interconecta múltiples APs
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El BSSID (Basic Service Set Identifier) es un nombre de identificación único de todos los paquetes de una
AP para identificarlos como parte de esa red.
El BSSID se forma con la dirección MAC (Media Access Control) formada por 48 bits (6 bloques
hexadecimales), del punto de acceso inalámbrico (WAP, siglas del inglés Wireless Access Point) al que se
conecte.
El SSID (Service Set Identifier) es una secuencia de 0-32 octetos incluida en todos los paquetes de
una red inalámbrica para identificarlos como parte de esa red
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Protocol versión (2b): por ahora 0.
Type (2b): indica si el frame es de control, management o data.
Subtype (4b): define el frame más precisamente,
• Management: Association Request/Response, Reassociation Request/Response, Disassociation,
Authentication, Beacon, Probe request (enviado por una estación para “scan” un SSID), Probe
response (enviado por cada dispositivo participante del SSID)
• Control: ACK, RTS, CTS, PS-poll (power save poll)
• Data: data, CF-poll, CF-ack,
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To DS y From DS (1b c/u): estos campos determinan si el frame entra o abandona el ambiente
Wireless.
To DS From DS Descripción
0 0 El frame es parte de una red ad-hoc o no abandona el ambiente wireless
0 1 El frame entra desde el DS hacia una estación Wireless en el BSS
1 0 El frame abandona el ambiente Wireless hacia una estación en el DS
1 1 El frame va de una estación hacia el AP, que a su vez envía a otro AP para
retransmitir a la estación destino
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MF (1b): more fragment, 1 hay más fragmentos, 0 único o último fragmento
Retry (1b): 1 es la retransmisión de un frame, 0 frame original.
PWR (1b): Indica (con 1) que tras esta trama la estación pondrá el interfaz en ahorro de energía
More (1b): El AP indica a la estación que tiene más datos para ella, que no entre en ahorro de energía.
Wep (1b): Protected Frame, indica si la trama va encriptada en el nivel de enlace.
Order (1b): Si se emplea ordenamiento estricto de las tramas.
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Duration/ID (2B) Tiempo que el medio estará ocupado por la transmisión de la trama.
Una estación en ahorro de energía envía periódicamente una trama solicitando las tramas
acumuladas en el AP para ella (entonces este campo es el ID de su asociación con el AP)
Seq Ctrl (2B): Este campo contiene dos sub campos:
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ToDS = FromDS = 0
Address 1 (receptor) = Dirección destino
Address 2 (transmisor) = Dirección origen
Address 3 = BSSID
Address 4 = No usada
Hacia el AP (ToDS = 1, FromDS = 0)
Address 1 (receptor) = BSSID
Address 2 (transmisor) = Dirección origen
Address 3 = Dirección destino (MAC estación destino)
Address 4 = No usada
Desde el AP (ToDS = 0, FromDS = 1)
Address 1 (receptor) = Dirección destino
Address 2 (transmisor) = BSSID
Address 3 = Dirección origen (MAC estación origen)
Address 4 = No usada
WDS (ToDS = 1, FromDS = 1)
Address 1 (receptor) = MAC AP destino
Address 2 (transmisor) = MAC AP origen
Address 3 = Dirección destino (MAC estación destino)
Address 4 = Dirección origen (MAC estación origen)
BSSID: MAC del interfaz Wi-Fi del AP identifica al BSS