3 Tecnologías

3.1    802.11b

La norma 802.11b surgió como una evolución de la 802.11 en el año 1999, con el objetivo de solventar el problema de velocidad que esta presentaba. Con la adopción de esta nueva norma se popularizaron las redes Wi-Fi pues la velocidad que ofrece, aun estando lejos de la red cableada, la hace apta para los usos más comunes. Añadido a esto, los costes de fabricación disminuyeron y los equipos fueron asequibles para un gran número de empresas y particulares.

Trabaja en la banda de 2,4 GHz y permite obtener una velocidad de hasta 11 Mb/s.

La modulación y el sistema de transmisión de la señal, hace que los canales tengan forma de campana, con mayor amplitud de señal en la frecuencia central. Esto provoca que la señal que ”invade” los otros canales tenga menor frecuencia y la interferencia sea menor que en otras normas como la 802.11g, aunque no por ello la hace carecer de importancia.

3.2    802.11a

La norma 802.11a define el funcionamiento de equipos en la banda de 5 GHz, permitiendo velocidades de hasta 54 Mb/s.

Fue aprobada el mismo año que la norma 802.11b pero, a pesar de las ventajas de la tecnología debido a la banda de frecuencia utilizada, su adopción ha sido muy lenta, y en nuestro país casi nula debido a varios problemas. En un principio la calidad de lo sistemas 802.11a presentó problemas en cuanto a fiabilidad, lo cual junto a un precio elevado debido al mayor coste y dificultad de fabricación de los elementos necesarios para construir estos sistemas, retrasó su implantación en un primer momento.

Particularmente en Europa se produjo un retraso en la adopción de esta norma por cuestiones de regulación del espectro electromagnético que en la fecha de la creación de la norma estaba asignado a usos privados. No fue hasta el año 2002 cuando la banda de 5 GHz se liberalizó permitiendo el uso de estos equipos en Europa.

Para esas fechas la base implantada de sistemas 802.11b hacía costosa la migración hacia 802.11a, ya que ambas normas no son compatibles. El mayor coste inicial de estas soluciones, el retraso en su salida al mercado, la menor disponibilidad de sistemas compatibles con esta norma y el coste de reciclado de equipos a la nueva norma fueron elementos disuasorios para la adopción de la nueva norma.

A esto se añadió el echo de que en un año estaría ratificada la nueva norma 802.11g, compatible con la base instalada y que proporciona la misma velocidad que la 802.11a.

3.3    802.11g

La norma 802.11g fue aprobada en el año 2003. Se trata de una tecnología que opera en la banda de los 2,4 GHz y proporciona una velocidad máxima de 54 Mb/s. La principal ventaja de esta tecnología reside en la mayor velocidad aportada y la compatibilidad con la base de equipos Wi-Fi conformes a la norma 802.11b ya instalados.

Los equipos 802.11g comparten los mismos canales que la norma 802.11b (cosa por otro lado necesaria si queremos aportar compatibilidad entre ambas tecnologías). Sin embargo, de forma nativa, la modulación utilizada es diferente, lo que le proporciona la mayor velocidad de transmisión. A causa de esta nueva modulación también se observa que la ocupación del espectro dentro del canal, en vez de tener forma de campana como en la norma 802.11b, tiene forma rectangular, lo cual implica que los bordes del canal, aquellos que solapan con los canales adyacentes, ya no tiene una menor potencia que el centro de éste, lo que tiene como consecuencia que interfieran con mayor intensidad con los otros canales puesto que las potencias son comparables y es mas difícil discernir ambas señales.

Los puntos de acceso 802.11g permiten la operación un modo compatible 802.11b o en modo que solo acepten clientes 802.11g. En caso de que funcionen en modo compatible, aceptaran los dos tipos de modulaciones, tanto la correspondiente a 802.11b como la correspondiente a 802.11g. Así mismo se activará obligatoriamente el protocolo RTS/CTS.

Cuando en una celda existan clientes 802.11b, antes de emitir los clientes deberán utilizar el protocolo RTS/CTS utilizando la modulación correspondiente a 802.11b para asegurar que todos los clientes de ambas normas pueden recibir la información. Así pues, al querer emitir un cliente 802.11g se enviarán las tramas RTS/CTS en las que se marcará el tiempo que durará dicha transmisión. Los clientes 802.11b deberán esperar hasta transcurrido ese intervalo para poder emitir. Una vez que el cliente 802.11g ha reservado el canal, transmitirá la información utilizando su modulación nativa a la velocidad que le permite 802.11g y su situación actual. Los clientes 802.11b, durante la transmisión, no serán capaces de interpretar la información, interpretándola como ruido de fondo. Pero puesto que por las tramas RTS/CTS saben que han de esperar, y no tiene influencia que no puedan interpretar la transmisión pues no es información dirigida a ellos (pues en otro caso se habría utilizado su modulación para enviarles la información) se garantiza la convivencia de ambas normas.

Debido a la negociación que debe utilizarse, con tiempos mas lentos y compatible con 802.11b, la velocidad ofrecida por la celda decrece notablemente al trabajar en modo dual b/g y puesto que habrá intervalos de tiempo en los que se emitirá a 11 Mb/s para ofrecer compatibilidad para los clientes 802.11b la velocidad global para los clientes 802.11g se reducirá muy significativamente en cuanto haya trafico 802.11b en la celda.

Es de mencionar, que si la red Wi-Fi se compone de varias celdas, auque tan solo una de ellas tenga clientes 802.11b, todos los puntos de acceso funcionarán en modo compatible b/g pues los clientes pueden tener movilidad y pasar de la zona de cobertura de un punto de acceso al adyacente, lo cual provocara un menor rendimiento en toda la red, no solo en la celda con clientes 802.11b.

Es por estas razones por lo que resulta recomendable evitar en la medida de lo posible el modo de compatibilidad b/g y fijar el modo puro 802.11g si en la red no se ha de dar servicio a clientes 802.11b.

3.4    802.11n

La norma 802.11n fue publicada en el año 2007, con el objeto de dar mayor velocidad que las existentes hasta el momento, pasando de 54 Mb/s a unos teóricos 600 Mb/s.

Sin embargo a día de hoy lo normal son 300 Mb/s, existiendo algún sistema que llega hasta los 450 Mb/s, no siendo lo habitual. Pero la norma contempla la posibilidad y los medios para alcanzar velocidades mayores, con lo que es de esperar que en los equipos disponibles vaya acercándose a los 600 Mb/s en un futuro cercano.

Se obliga a tener dispersión espacia, utilizando tecnología MIMO, lo cual, junto con el resto de características de esta norma, permite un mayor alcance que el las normas anteriores. No resulta posible calcular dicho alcance de forma general, pues depende fuertemente de la configuración de las radios y antenas de los equipos, y existen diseños muy diversos.

La norma 802.11n ofrece la posibilidad de funcionar en ambas bandas, tanto en 2,4 GHz como en 5 GHz. Una de las grandes ventajas de la nueva norma es la compatibilidad con las normas anteriores lo cual posibilita la integración de sistemas nuevos en redes ya existentes y una migración sencilla y económica.

Actualmente hay una gran oferta de sistemas con posibilidades de conexión Wi-Fi 802.11n en 2,4 GHz, pero pocos que soporten la banda de 5 GHz o proporcione conexión dual. El menor coste y la compatibilidad con los sistemas Wi-Fi anteriores que funcionan en la banda de 2,4 GHz causo esta tendencia del mercado.

Para conseguir esta mayor velocidad, los equipos 802.11n siguen dos estrategias: un mayor ancho de banda del canal y uso de la tecnología MIMO con división por multiplexación espacial (SDM).

El ancho de banda que ocupa un canal en 802.11n pasa de los 20 MHz que ocupaban los sistemas anteriores, a 40 MHz. Esto no es un problema en 5GHz, donde los canales no se solapaban, pero en 2,4 GHz, un canal de 40 MHz ocupa el 82% de la banda disponible. Esto implica que no podrán coexistir dos canales 802.11n sin solapamiento en 2,4 GHz y que este solapamiento abarcará ademas la mayoría del canal. Incluso con sistemas Wi-Fi de otras normas o equipos no Wi-Fi que emitan en esta frecuencia (como Bluetooth, teléfonos inalámbricos,…) el espectro libre será mínimo, quedando casi asegurada la interferencia con el resto de sistemas.

La compatibilidad con sistemas 802.11a/b/g puede ser realizada en dos modos: encapsulando la transmisión en los canales de 20 MHz o utilizando un canal de 40 MHz.

Encapsulando la transmisión en los canales de 20 Hz, la transmisión será siempre encapsulada en 802.11a u 802.11g. Esta encapsulación propiciará que los propios medios de protección de las normas a/g sean suficientes para la protección de los dos canales que utilizará el terminal 802.11n, pero en presencia de un terminal 802.11b será necesaria la utilización del protocolo RTS/CTS, al igual que debían hacerlo los equipos 802.11g, para asegurar una transmisión ordenada.

Si se opta por la emisión en un canal de 40 MHz en entornos mixtos, será imprescindible que los clientes 802.11n utilicen el protocolo RTS/CTS en cada uno de los dos canales de 20 MHz, correspondientes a las normas 802.11b/g, que conforman en canal de 40 MHz, para asegurarse no entrara en conflicto la transmisión en ninguno de los dos subcanales con otros sistemas que pudieran estar transmitiendo.

Al igual que ocurría con el modo de compatibilidad que presentaba la norma 802.11g para la norma 802.11b, aquí también se experimentará una reducción significativa de velocidad al mezclar distintas normas en una red.

La otra estrategia que sigue la norma 802.11n para conseguir mayor velocidad es el uso de tecnología MIMO con dispersión por separación espacial (SDM). Los equipos 802.11n disponen siempre de varias antenas para transmitir y otras tantas para recibir. Lo sistemas son capaces de emitir un flujo de datos diferente por cada antena, permitiendo así una mayor velocidad de global transmisión. Esta tecnología precisa de circuitería específica por cada antena, en concreto un emisor de radio y un conversión analógico/digital independiente, lo que redunda en un mayor coste y complejidad técnica. Esta es la razón de que existan varias configuraciones de antenas, dependiendo del equipo seleccionado.

El número de flujos de datos simultáneos que se pueden emitir está limitado por el número de antenas disponibles en ambos lados, así pues si el equipo transmisor dispone de tres antenas emisoras pero el destino solo de dos receptoras, la comunicación solo podrá efectuarse con dos flujos de datos independientes.

Las radios limitan el número de antenas y flujos de datos que pueden utilizarse, debido a un diseño seleccionado en base a la dificultad técnica y el coste. El tipo de radio que incorpora un equipo se designa con la siguiente nomenclatura “a x b : c”. “a” indica el número máximo de antenas o canales de radiofrecuencia de emisión que la radio puede utilizar, “b” expresa el número máximo de antenas o canales de radiofrecuencia de recepción del que puede hacer uso el sistema y “c” indica el número máximo de flujos de datos que pueden ser usados. Así pues un sistema 3x2:2 podrá utilizar hasta tres antenas de transmisión, dos de recepción y dos flujos de datos independientes. Es importante interpretar éste dato puesto que las antenas no suelen ser visibles, y desde luego, los flujos de datos no lo son, y es importante para evaluar el rendimiento del sistema, sobre todo para no invertir en puntos de acceso muy capaces si los clientes no lo serán, o viceversa.

Actualmente las configuraciones mas habituales son 2x2:2, 2x3:2, 3x3:2 siendo el máximo previsto por la norma 4x4:4. Lo cual justifica la discrepancia entre la velocidad de los sistemas actuales (300 Mb/s) y la máxima prevista por la norma (600 Mb/s). Así mismo se ve que los sistemas que empiezan a salir con configuraciones 3x3:3, que deberían ser capaces de alcanzar 450 Mb/s, pero solo serán útiles si los clientes poseen la misma configuración, cosa que no es habitual de momento.

Se llama la atención al lector sobre el hecho de que es habitual sistemas con más antenas que flujos de datos. Esta configuración les permite tener una mayor diversidad espacial, no para alcanzar una mayor velocidad de comunicación, si no para obtener una mejor resistencia ante interferencias y proporcionar mayor alcance.

Con el objeto de incrementar la velocidad de transmisión, los sistemas 802.11n incluyen un concepto nuevo, no existente en las anteriores normas: la supertrama. Los equipos 802.11n no transmiten la información tal cual se les requiere, si no que la encapsulan en una trama mayor con el fin de optimizar la utilización de la radio. Esta característica, aun siendo teóricamente deseable, presenta diversos problemas en los equipos, pues han de almacenar la información que les llega para ser transmitida hasta que conforman la supertrama. Así mismo han de encajar los paquetes de información de manera eficiente en la supertrama y en la recepción, deben desempaquetarla. Esto supone una mayor demanda de los equipos 802.11n y una mayor potencia de proceso de la necesaria en generaciones anteriores, y es, así mismo, fuente de problemas en algunas implementaciones, no siendo extraño observar grandes diferencias en la velocidad de transmisión dependiendo del tipo de información transmitida, sobre todo para ciertos tamaños de paquetes o mezcla de tamaños, debido al proceso de empaquetado y desempaquetado y los algoritmos de optimización de este proceso.