La norma IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11) es un estándar internacional que describe las características de una red de área local inalámbrica (WLAN). WIFI (contracción de Wireless Fidelity, en español Fidelidad inalámbrica) es el nombre dado inicialmente a esta certificación por la WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), el organismo encargado de certificar que los equipos cumplan la norma 802.11. Debido a un abuso de lenguaje y por razones de marketing el nombre de la norma se confunde hoy en día con el nombre de la certificación. De este modo una red WIFI es en realidad una red conforme a la norma 802.11.
Gracias a WIFI es posible crear redes de área local inalámbricas de banda ancha. De este modo WIFI permite que se comuniquen PCs portátiles, equipos de escritorio, asistentes personales (PDA) e incluso periféricos con una conexión de banda ancha (11 Mbit/s) dentro de un radio de varias decenas de metros al interior (generalmente entre 20 y 50 metros). Al aire libre el alcance puede ser de varias centenas de metros y en condiciones óptimas varias decenas de kilómetros.
Por esto los proveedores de acceso a Internet comienzan a ofrecer acceso inalámbrico a Internet en zonas con bastante concentración de usuarios (estaciones de tren, aeropuertos, hoteles, trenes, etc.). Estas zonas de acceso a Internet son llamadas "hot spots".
Los iBooks de Apple en 1999 fueron los primeros ordenadores para el público en general que propusieron la tecnología WIFI integrada (con el nombre de Airport), luego fueron seguidos por el resto de las marcas. A partir de 2003, vemos también aparecer modelos de PCs construidos en torno a la tecnología Intel Centrino, que permite una integración similar. Los otros modelos deben aun equiparse de una tarjeta de extensión.
Estructura
La norma 802.11 define las capas del modelo OSI para un enlace inalámbrico utilizando ondas electromagnéticas, así tenemos:
la capa física (PHY), la que ofrece 3 tipos de códigos de información;
la capa de enlace de datos, constituida de dos subcapas:
-el control de enlace lógico (Logical Link Control, o LLC);
-el control de acceso al medio (Media Access Control, o MAC).
La capa física define las especificaciones eléctricas y el tipo de señal para la transmisión de datos, mientras que la capa de enlace de datos define la interfaz entre el bus de la máquina y la capa física, especialmente un método de acceso similar al utilizado en el estándar Ethernet y las reglas de comunicación entre diferentes estaciones. La norma 802.11 propone en realidad tres capas físicas que definen modos de transmisión alternativos:
En una red inalámbrica WIFI es posible utilizar cualquier protocolo del mismo modo que en una red Ethernet.
Modos
Infraestructura
El modo infraestructura es un modo de funcionamiento que permite conectar ordenadores equipados de una tarjeta de red WIFI por medio de uno o varios puntos de acceso (AP) que actúan como conectores (Ej: Hub/Switch en red cableada). Este modo es empleado especialmente por las empresas. La implementación de este tipo de red requiere poner bornes (AP) a intervalos regulares en la zona que debe ser cubierta por la red. Los bornes y los equipos deben estar configurados con el mismo SSID (nombre de la red) para que puedan comunicarse. La ventaja de este modo es que garantiza un paso obligado por la AP, lo que permite verificar quien entra a la red. En cambio, la red no puede crecer, a menos que se coloquen más bornes.
Ad-Hoc
El modo "Ad-Hoc" es un modo de funcionamiento que permite la comunicación directa entre ordenadores que poseen una tarjeta de red WIFI, sin necesidad de utilizar otro equipo suplementario como un Punto de acceso (AP). Este modo es ideal para interconectar rápidamente equipos entre ellos sin material suplementario (Ej: intercambio de archivos entre PC portátiles en un tren, compartir el acceso a Internet en el hogar, en la calle, en el café, etc.). La implementación de una red de este tipo se limita a configurar los equipos en modo Ad-Hoc (en lugar del modo Infraestructura), la selección del canal (frecuencia) y de un SSID (nombre de la red) común a todos. La ventaja de este modo es que elimina materiales suplementarios costosos y es más fácil implementarlo. Gracias a la adición de un programa de enrutamiento dinámico (Ej: OLSR, AODV, etc.) la red crece automáticamente con la conexión de nuevos equipos.
Las normas WIFI
La norma IEEE 802.11 es en realidad la norma inicial, la que ofrecía velocidades de 1 ó 2 Mbit/s. Se tuvieron que realizar revisiones a la norma original para, entre otras cosas, mejorar la velocidad (es el caso de las normas 802.11a, 802.11b y 802.11g, llamadas normas 802.11 físicas), definir los elementos que garanticen una mayor seguridad o una mayor interoperabilidad. A continuación una tabla en la que se muestra las diversas revisiones que han sido hechas a la norma 802.11 y su significado:
Interrogantes
La tecnología WIFI aparece en el momento en el que se incrementan las interrogantes en cuanto al impacto de las tecnologías de comunicación inalámbrica sobre la salud. Los debates científicos se han multiplicado en torno al teléfono móvil e incluye hoy en día a todas las tecnologías WIFI.
Estas preocupaciones son oportunas si se considera que esta tecnología podría estar próximamente omnipresente en el nuestro entorno, ya sea en el trabajo o en el domicilio.
Sin embargo, cabe notar que la potencia emitida por los equipos WIFI (~30 mW) es treinta veces menor que la emitida por los teléfonos móviles (~1 W). Además, por lo general el teléfono lo usamos cerca del cerebro, lo que no sucede con los equipos WIFI; y a una decena de centímetros, la potencia de la señal ya es bastante atenuada. Por ello, incluso si las ondas emitidas por los teléfonos móviles fueran nocivas para la salud, los efectos de las señales WIFI serian despreciables.
Reparto de bandas de frecuencia
WIFI utiliza una banda de frecuencia estrecha llamada ISM de 2,4 a 2,4835 GHz, de tipo compartido, por lo que se tienen interferencias con hornos microondas, transmisores domésticos, la telemedicina, las cámaras inalámbricas y las emisiones ATV, etc.
¿Habrá que buscar otras frecuencias gratuitas para algunas de estas aplicaciones o WIFI debe migrar a otra banda menos congestionada?
Las antenas WIFI
A continuación las 5 principales categorías de antenas 2,4 GHz comerciales utilizadas por los usuarios de WIFI, los radioaficionados y las aplicaciones en la banda ISM:
El dipolo
El dipolo, de forma de lapicero, es la antena básica que más se encuentra. Es omnidireccional, 0 dB de ganancia, y es utilizada para un servicio con un alcance cercano.
La antena de barra exterior
La antena de barra exterior, a menudo instalada en los techos. Es omnidireccional, con una ganancia de 7 a 15 dBi ligada a su dimensión vertical que puede alcanzar 2 m.
Estas dos primeras antenas funcionan en polarización V y pueden ser consideradas como antenas de estación de recepción o base ya que proporciona 360° de cobertura.
La antena de panel
Breve Descripcion de tipos de Antenas
Los Tipos de Antenas
Las placas de Red Inalámbricas tienen antenas incorporadas, pero estas antenas son, en el mejor de los casos, las menos adecuadas, diseñadas específicamente para uso en interiores y con poca distancia.
Si se planea cubrir una empresa, o incluso aun un área mayor como un barrio, tendríamos ciertamente que utilizar antenas externas para sus puntos de acceso (Nodos o AP`s) y los Clientes.
En cuanto a las antenas especializadas, hay principalmente algunas especificaciones a las cuales necesitaremos prestar la atención:
El tipo de la antena: el tipo de la antena determina su patrón de radiación puede ser omnidireccional, bidireccional, o unidireccional.
Las antenas Omnidireccionales son buenas para cubrir áreas grandes, la cual la radiación trata de ser pareja para todos lados es decir cubre 360º
Las antenas Bidireccionales son particularmente buenas en los pasillos o corredores dado que radia o recibe la mayor parte de su energía en sólo dos direcciones
Las antenas Unidireccionales o Direccionales son las mejores en una conexión Punto-a-Punto, acoplamientos entre los edificios, o para los Clientes de una Antena Omnidireccional.
La Ganancia: Cociente entre la intensidad de campo producida por la antena y la intensidad de campo que produciría en el mismo punto un radiador isotópico que absorbiera del emisor la misma potencia de RF. Es decir, es el grado a el cual realza la señal en su dirección preferida. La ganancia de la antena se mide en el dBi, Las antenas externas simples tienen típicamente aumentos del dBi 3 a 7. Las antenas direccionales pueden tener aumentos de hasta 27 dBi.
Ahora, vamos hablar de algunos de los tipos de la antena que están disponibles en este cuadro vemos un número de diversos tipos de la antena:
Vertical es una antena omnidireccional . La mayoría de los vendedores venden varios diversos tipos de antena vertical, diferenciando sobre todo su Ganancia; podemos ver una antena vertical con Ganancias de 3 dBi hasta 17 dBi.
¿Cómo una antena omnidireccional genera Ganancia? Recuerde que una antena vertical es omnidireccional solamente en el plano horizontal. En tres dimensiones, su patrón de radiación mira algo como una Dona. Una Ganancia más alta significa que la Dona está aplastada. También significa que la antena es más grande y más costosa, aunque no hay antenas para el servicio 802.11 particularmente grandes. Las antenas verticales son buenas en la radiación hacia fuera horizontalmente; no son buenas en la radiación abajo.
Yagi, es una antena unidireccional de Alta Ganancia. Parecida a una antena clásica de TV. Hay un número de elementos paralelos del metal perpendicularmente a un auge.
Sin embargo, es muy probable ver los elementos en un Yagi para el servicio 802,11; Las Yagis comercialmente están hechas dentro de Caños de Plástico, que funciona como una cáscara plástica que protege la antena contra los daños de estar al aire libre. Las antenas Yagi para el servicio 802.11 pueden tener Ganancias entre el dBi 12 y 18; apuntarlas no son tan difíciles como apuntar una antena parabólica, aunque puede ser difícil.
Parabólica es una antena muy Alta-Ganancia. Porque las antenas parabólicas tienen Ganancias muy altas (hasta 27 dBi comercialmente hechas para 802,11), también tienen anchuras muy estrechas de la viga. Utilizaríamos probablemente una antena parabólica solamente para un Punto A Punto entre edificios; debido a la delgada Propagación, no son muy útiles para proporcionar servicios para usuarios que no estén directamente viendo la Antena. No tenemos que subestimar la dificultad de apuntar una antena parabólica correctamente, un producto comercial tiene una Propagación de solamente 6,5 grados. Si usted decide instalar una antena parabólica, cerciórese de que quede firme. No desearíamos una tormenta y que nos quedemos sin conexión en medio de ella y tener que subir para diseccionarla. Algunos vendedores hacen una aplicación la distinción entre las parábolas del "acoplamiento" o la de "rejilla" (la cual se parece el reflector, a una parrilla doblada) y las parábolas sólidas. Si la antena está bien diseñada, la diferencia en funcionamiento entre un acoplamiento y un reflector sólido no es mucha. Una Parábola Sólida tiene algunas ventajas pero NO donde allá Fuertes Vientos.
Las antenas Parabólicas y Yagi son útiles sobre todo para los acoplamientos entre edificios. El problema más grande está en apuntarlas correctamente. Si los dos sitios son visibles el uno al otro, será mucho mas Fácil, pero si no lo podemos Ver, necesitaremos probablemente un sistema mas sofisticado de antenas. Si no, compre una buena brújula o mejor aun con la Ayuda de Un GPS. Otra solución seria poner una antena Vertical de Alta Ganancia en uno de los puntos y solamente tendríamos que direccionar una sola Antena. Si la señal es débil, substituremos la vertical por una antena parabólica.
La antena de panel o planas (tecnología interna antena quad o antena patch, red de dipolos). La ganancia va de 9 dBi (10 x 12 cm) hasta los 21 dbi (45 x 45 x 4.5 cm). Es la antena que presenta la mejor relación ganancia/volumen ocupado y también el mejor rendimiento que es alrededor de 85 a 90%. Estas antenas no son fabricadas más allá de esta ganancia máxima, ya que aparecen los problemas de acoplamiento (pérdidas) entre los niveles de los dipolos y seria necesario además doblar la superficie. El volumen de una antena de panel es mínimo.
La antena parabolica
La antena parabolica plana o de rejilla. El interés por su uso radica en la búsqueda de ganancias obtenidas a partir de un diámetro teórico:
18 dBi = 46 cm
19 dBi = 52 cm
20 dBi = 58 cm
21 dBi = 65 cm
22 dBi = 73 cm
23 dBi = 82 cm
24 dbi = 92 cm
25 dBi = 103 cm
26 dBi = 115 cm
27 dBi = 130 cm
28 dbi = 145 cm
29 dBi = 163 cm
30 dbi = 183 cm
El rendimiento de la antena parabólica es medio, 45/55%. El volumen de la antena, teniendo en cuenta la longitud del soporte y el punto focal es considerable.
Nota: cualquier parabólica puede ser utilizada para WIFI , con la condición de prever una fuente adaptada, patch o quad mono o doble, etc.
La antena guía de onda ranurada. Estas antenas ya sean direccionales u omnidireccionales son utilizadas para el conseguir el mayor alcance posible, algunos kilómetros.
Las antenas de panel y parabólicas son únicamente direccionales, es decir que son utilizadas en una sola dirección (más o menos abierta) en perjuicio de otras direcciones.
¿De panel o parabolica?
Las antenas de panel mayormente son las preferidas (incluso las más convenientes) cuando la comunicación es favorable, pero cuando se quiere que el sistema tenga un mayor rendimiento, entonces las antenas parabólicas se hacen necesarias. El punto de equilibrio a 21 dBi, es un panel cuadrado de 45 cm y una parabólica de d= 65 cm.
Como conclusión, direccionalmente o punto a punto, es más interesante equiparse inicialmente con un panel, luego si las circunstancias lo exigen, con una parabólica.
Las antenas WIFI generalmente son dotadas de conectores SMA, RP-SMA o N de acuerdo al fabricante.
Nota: Existen otras antenas, menos conocidas, hechas por los usuarios de WIFI, como las Yagi, las tipo diedros, discones, etc. pero sólo las dos primeras son utilizadas significativamente.
Propagación de ondas de radio
Para instalar una red inalámbrica y, en particular, ubicar los puntos de acceso a fin de obtener el máximo alcance posible, se deben conocer algunos datos con respecto a la propagación de las ondas de radio.
Las ondas de radio (se abrevia RF por Radio Frequency) se propagan en línea recta en varias direcciones al mismo tiempo. En vacío, las ondas de radio se propagan a 3,108 m/s.
En cualquier otro medio, la señal se vuelve más débil debido a
- la reflexión
- la refracción
- la difracción
- la absorción
Absorción de ondas de radio
Cuando una onda de radio se topa con un obstáculo, parte de su energía se absorbe y se convierte en otro tipo de energía, mientras que otra parte se atenúa y sigue propagándose. Es posible que otra parte se refleje.
La atenuación se da cuando la energía de una señal se reduce en el momento de la transmisión. La atenuación se mide en belios (símbolo: B) y equivale al logaritmo de base 10 de la intensidad de salida de la transmisión, dividida por la intensidad de entrada. Por lo general, se suelen usar los decibelios(símbolo: dB) como unidad de medida. Cada decibelio es un décimo de belio. Siendo un belio 10 decibelios, la fórmula sería:
R (dB) = (10) * log (P2/P1)Cuando R es positivo, se denomina amplificación, y cuando es negativo se denomina atenuación. En los casos de transmisiones inalámbricas, la atenuación es más común.
La atenuación aumenta cuando sube la frecuencia o se aumenta la distancia. Asimismo, cuando la señal choca con un obstáculo, el valor de atenuación depende considerablemente del tipo de material del obstáculo. Los obstáculos metálicos tienden a reflejar una señal, en tanto que el agua la absorbe.
Reflexión de ondas de radio
Cuando una onda de radio choca con un obstáculo, parte o la totalidad de la onda se refleja y se observa una pérdida de la intensidad. La reflexión es tal que el ángulo de incidencia equivale al ángulo de reflexión.
Por definición, una onda de radio es susceptible de propagarse en varias direcciones. Después de reflejarse varias veces, una señal de origen puede llegar a una estación o punto de acceso después de tomar muchas rutas diferentes (llamadas multirutas).
La diferencia temporal en la propagación (llamada retraso de propagación) entre dos señales que toman diferentes rutas puede interferir en la recepción, ya que los flujos de datos que se reciben se superponen entre sí.
Esta interferencia se incrementa a medida que aumenta la velocidad de transmisión, ya que los intervalos de recepción de los flujos de datos se hacen cada vez más cortos. Por lo tanto, la multiruta limita la velocidad de transmisión en redes inalámbricas.
Para superar este problema, las tarjetas Wi-Fi y los puntos de acceso usan dos antenas por emisor. Mediante un controlador automático de ganancia (AGC), que cambia inmediatamente de una antena a otra según la fuerza de la señal, el punto de acceso puede distinguir dos señales que vienen de la misma estación. Se dice que las señales que reciben estas dos antenas no están correlacionadas (son independientes) si un hay una diferencia de Lambda/2 (6,25 cm a 2,4 GHz).
Las propiedades de los medios
El debilitamiento de la señal se debe en gran parte a las propiedades del medio que atraviesa la onda. La tabla siguiente muestra los niveles de atenuación para diferentes materiales:
| Materiales | Grado de atenuación | Ejemplos |
|---|---|---|
| Aire | Ninguno | Aire libre, patio interno |
| Madera | Bajo | Puerta, piso, medianera |
| Plástico | Bajo | Medianera |
| Vidrio | Bajo | Ventanas sin teñir |
| Vidrio teñido | Medio | Ventanas teñidas |
| Agua | Medio | Acuario, fuente |
| Seres vivientes | Medio | Multitud, animales, personas, plantas |
| Ladrillos | Medio | Paredes |
| Yeso | Medio | Medianeras |
| Cerámica | Alto | Tejas |
| Papel | Alto | Bobinas de papel |
| Concreto | Alto | Muros de carga, pisos, columnas |
| Vidrio a prueba de balas | Alto | Ventanas a prueba de balas |
| Metal | Muy alto | Concreto reforzado, espejos, armarios metálicos, cabina del ascensor |
http://es.kioskea.net/faq/580-wifi-descripcion-y-explicacion-en-relacion-al-tipo-de-antena
Christian Argenis Umaña Zambrano
CI 17678077
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