Red inalámbrica - Wireless network

Icono inalámbrico

Una red inalámbrica es una red informática que utiliza conexiones de datos inalámbricas entre los nodos de la red .

Las redes inalámbricas son un método mediante el cual los hogares, las redes de telecomunicaciones y las instalaciones comerciales evitan el costoso proceso de introducir cables en un edificio o como una conexión entre varias ubicaciones de equipos. Las redes de telecomunicaciones de administración generalmente se implementan y administran mediante comunicaciones por radio . Esta implementación tiene lugar en el nivel físico (capa) de la estructura de red del modelo OSI.

Los ejemplos de redes inalámbricas incluyen redes de telefonía celular , redes de área local inalámbricas (WLAN), redes de sensores inalámbricos , redes de comunicación por satélite y redes terrestres de microondas .

Historia

Redes inalámbricas

La primera red inalámbrica profesional se desarrolló bajo la marca ALOHAnet en 1969 en la Universidad de Hawaii y entró en funcionamiento en junio de 1971. La primera red inalámbrica comercial fue la familia de productos WaveLAN , desarrollada por NCR en 1986.

  • 1973 - Ethernet 802.3
  • 1991 - Red de telefonía celular 2G
  • Junio ​​de 1997 - Primera versión del protocolo 802.11 " Wi-Fi "
  • 1999 - 803.11 Integración VoIP

Tecnología subyacente

Los avances en la tecnología inalámbrica MOSFET (transistor MOS) permitieron el desarrollo de redes inalámbricas digitales . La amplia adopción de RF CMOS ( radiofrecuencia CMOS ), de potencia MOSFET y LDMOS (lateral difusa MOS) dispositivos dirigidos al desarrollo y la proliferación de las redes inalámbricas digitales por la década de 1990, con nuevos avances en la tecnología MOSFET que permitan el aumento de ancho de banda en la década de 2000 ( Ley de Edholm ). La mayoría de los elementos esenciales de las redes inalámbricas se construyen a partir de MOSFET, incluidos los transceptores móviles , módulos de estación base , enrutadores , amplificadores de potencia de RF , circuitos de telecomunicaciones , circuitos de RF y transceptores de radio , en redes como 2G , 3G y 4G .

Enlaces inalámbricos

Los ordenadores suelen estar conectados a redes mediante enlaces inalámbricos, por ejemplo, WLAN.
  • Microondas terrestres: la comunicación terrestre por microondas utiliza transmisores y receptores terrestres que se asemejan a antenas parabólicas. Las microondas terrestres están en el rango bajo de gigahercios, lo que limita todas las comunicaciones a la línea de visión. Las estaciones de retransmisión están espaciadas aproximadamente a 48 km (30 millas) de distancia.
  • Los satélites de comunicaciones - Los satélites se comunican a través de ondas de radio de microondas, que no son desviados por la Tierra de la atmósfera . Los satélites están estacionados en el espacio, típicamente en órbita geosincrónica a 35,400 km (22,000 mi) sobre el ecuador. Estos sistemas en órbita terrestre son capaces de recibir y transmitir señales de voz, datos y televisión.
  • Los sistemas celulares y PCS utilizan varias tecnologías de comunicaciones por radio. Los sistemas dividen la región cubierta en múltiples áreas geográficas. Cada área tiene un transmisor de baja potencia o un dispositivo de antena de relevo de radio para transmitir llamadas de un área a la siguiente.
  • Tecnologías de radio y espectro ensanchado : las redes de área local inalámbricas utilizan una tecnología de radio de alta frecuencia similar a la tecnología celular digital y una tecnología de radio de baja frecuencia. Las LAN inalámbricas utilizan tecnología de espectro ensanchado para permitir la comunicación entre varios dispositivos en un área limitada. IEEE 802.11 define un tipo común de tecnología de ondas de radio inalámbrica de estándares abiertos conocida como Wi-Fi .
  • La comunicación óptica en el espacio libre utiliza luz visible o invisible para las comunicaciones. En la mayoría de los casos,se utiliza la propagación de la línea de visión , lo que limita el posicionamiento físico de los dispositivos de comunicación.

Tipos de redes inalámbricas

PAN inalámbrico

Las redes de área personal inalámbricas (WPAN) conectan dispositivos dentro de un área relativamente pequeña, que generalmente está al alcance de una persona. Por ejemplo, tanto la radio Bluetooth como la luz infrarroja invisible proporcionan una WPAN para interconectar un auricular a una computadora portátil. ZigBee también admite aplicaciones WPAN. Las PAN de Wi-Fi se están convirtiendo en algo común (2010) a medida que los diseñadores de equipos comienzan a integrar Wi-Fi en una variedad de dispositivos electrónicos de consumo. Las capacidades Intel "My WiFi" y Windows 7 " virtual Wi-Fi" han hecho que las PAN de Wi-Fi sean más simples y fáciles de instalar y configurar.

LAN inalámbrico

Las LAN inalámbricas se utilizan a menudo para conectarse a recursos locales y a Internet.

Una red de área local inalámbrica (WLAN) conecta dos o más dispositivos a una distancia corta mediante un método de distribución inalámbrica, que generalmente proporciona una conexión a través de un punto de acceso para acceder a Internet. El uso de tecnologías OFDM o de espectro ensanchado puede permitir a los usuarios moverse dentro de un área de cobertura local y seguir conectados a la red.

Los productos que utilizan los estándares WLAN IEEE 802.11 se comercializan con la marca Wi-Fi . La tecnología inalámbrica fija implementa enlaces punto a punto entre computadoras o redes en dos ubicaciones distantes, a menudo utilizando microondas dedicados o rayos de luz láser modulados sobre la línea de visión . A menudo se utiliza en las ciudades para conectar redes en dos o más edificios sin instalar un enlace por cable. Para conectarse a Wi-Fi mediante un dispositivo móvil, se puede utilizar un dispositivo como un enrutador inalámbrico o la capacidad de punto de acceso privado de otro dispositivo móvil.

Red inalámbrica ad hoc

Una red inalámbrica ad hoc, también conocida como red inalámbrica en malla o red móvil ad hoc (MANET), es una red inalámbrica compuesta por nodos de radio organizados en una topología de malla. Cada nodo reenvía mensajes en nombre de los otros nodos y cada nodo realiza el enrutamiento. Las redes ad hoc pueden "autocurarse", redirigiendo automáticamente alrededor de un nodo que ha perdido energía. Se necesitan varios protocolos de capa de red para darse cuenta de redes móviles ad hoc, tales como encaminamiento Distancia Secuenciado de vector de distancia, asociatividad-Based Routing , Ad hoc On-Demand Vector de Distancia de enrutamiento , y fuente de enrutamiento dinámico .

HOMBRE inalámbrico

Las redes inalámbricas de área metropolitana son un tipo de red inalámbrica que conecta varias LAN inalámbricas.

WAN inalámbrica

Las redes inalámbricas de área amplia son redes inalámbricas que normalmente cubren grandes áreas, como entre pueblos y ciudades vecinas, o entre ciudades y suburbios. Estas redes se pueden utilizar para conectar sucursales de empresas o como un sistema público de acceso a Internet. Las conexiones inalámbricas entre puntos de acceso suelen ser enlaces de microondas punto a punto que utilizan platos parabólicos en la banda de 2,4 GHz y 5,8 Ghz, en lugar de antenas omnidireccionales utilizadas con redes más pequeñas. Un sistema típico contiene puertas de enlace de estaciones base, puntos de acceso y relés de puente inalámbricos. Otras configuraciones son sistemas de malla donde cada punto de acceso también actúa como un relé. Cuando se combinan con sistemas de energía renovable, como paneles solares fotovoltaicos o sistemas eólicos, pueden ser sistemas independientes.

Red celular

Ejemplo de factor o patrón de reutilización de frecuencia 1/4

Una red celular o red móvil es una red de radio distribuida en áreas terrestres llamadas celdas, cada una de las cuales está servida por al menos un transceptor de ubicación fija , conocido como sitio celular o estación base . En una red celular, cada celda usa característicamente un conjunto diferente de radiofrecuencias de todas sus celdas vecinas inmediatas para evitar cualquier interferencia.

Cuando se unen, estas celdas brindan cobertura de radio en un área geográfica amplia. Esto permite que una gran cantidad de transceptores portátiles (por ejemplo, teléfonos móviles, buscapersonas , etc.) se comuniquen entre sí y con transceptores y teléfonos fijos en cualquier lugar de la red, a través de estaciones base, incluso si algunos de los transceptores se mueven a través de más de una celda durante la transmisión.

Aunque originalmente se diseñó para teléfonos celulares, con el desarrollo de los teléfonos inteligentes , las redes de telefonía celular transportan datos de forma rutinaria además de las conversaciones telefónicas:

  • Sistema global para comunicaciones móviles (GSM): la red GSM se divide en tres sistemas principales: el sistema de conmutación, el sistema de estación base y el sistema de operación y soporte. El teléfono celular se conecta a la estación del sistema base que luego se conecta a la estación de operación y soporte; luego se conecta a la estación de conmutación donde la llamada se transfiere a donde debe ir. GSM es el estándar más común y se usa para la mayoría de teléfonos celulares.
  • Servicio de comunicaciones personales (PCS): PCS es una banda de radio que puede ser utilizada por teléfonos móviles en América del Norte y Asia del Sur. Sprint resultó ser el primer servicio en configurar un PCS.
  • D-AMPS : El servicio de telefonía móvil digital avanzada, una versión mejorada de AMPS, se está eliminando debido al avance de la tecnología. Las redes GSM más nuevas están reemplazando al sistema anterior.

Red de área global

Una red de área global (GAN) es una red que se utiliza para admitir dispositivos móviles a través de un número arbitrario de LAN inalámbricas, áreas de cobertura satelital, etc. El desafío clave en las comunicaciones móviles es transferir las comunicaciones de los usuarios de un área de cobertura local a la siguiente. En IEEE Project 802, esto implica una sucesión de LAN inalámbricas terrestres .

Red espacial

Las redes espaciales son redes que se utilizan para la comunicación entre naves espaciales, generalmente en las proximidades de la Tierra. El ejemplo de esto es la Red Espacial de la NASA .

Usos

Algunos ejemplos de uso incluyen teléfonos celulares que forman parte de las redes inalámbricas cotidianas, lo que permite comunicaciones personales sencillas. Otro ejemplo, los sistemas de redes intercontinentales, utilizan satélites de radio para comunicarse en todo el mundo. Los servicios de emergencia , como la policía, también utilizan redes inalámbricas para comunicarse de manera eficaz. Las personas y las empresas utilizan redes inalámbricas para enviar y compartir datos rápidamente, ya sea en un pequeño edificio de oficinas o en todo el mundo.

Propiedades

General

En un sentido general, las redes inalámbricas ofrecen una amplia variedad de usos tanto por parte de los usuarios comerciales como domésticos.

"Ahora, la industria acepta un puñado de tecnologías inalámbricas diferentes. Cada tecnología inalámbrica está definida por un estándar que describe funciones únicas en las capas física y de enlace de datos del modelo OSI . Estos estándares difieren en sus métodos de señalización especificados, rangos geográficos y usos de frecuencia, entre otras cosas. Estas diferencias pueden hacer que ciertas tecnologías se adapten mejor a las redes domésticas y otras se adapten mejor a las redes de organizaciones más grandes ".

Rendimiento

Cada estándar varía en el rango geográfico, lo que hace que un estándar sea más ideal que el siguiente, dependiendo de lo que se esté tratando de lograr con una red inalámbrica. El rendimiento de las redes inalámbricas satisface una variedad de aplicaciones como voz y video. El uso de esta tecnología también da lugar a expansiones, como de 2G a 3G y tecnologías 4G y 5G , que representan la cuarta y quinta generación de estándares de comunicaciones móviles de telefonía celular. A medida que las redes inalámbricas se han convertido en algo común, la sofisticación aumenta a través de la configuración de hardware y software de red, y se logra una mayor capacidad para enviar y recibir mayores cantidades de datos, más rápido. Ahora la red inalámbrica se ha estado ejecutando en LTE, que es un estándar de comunicación móvil 4G. Los usuarios de una red LTE deben tener velocidades de datos 10 veces más rápidas que una red 3G.

Espacio

El espacio es otra característica de las redes inalámbricas. Las redes inalámbricas ofrecen muchas ventajas cuando se trata de áreas difíciles de cablear que intentan comunicarse, como al otro lado de una calle o un río, un almacén al otro lado de las instalaciones o edificios que están separados físicamente pero que funcionan como uno solo. Las redes inalámbricas permiten a los usuarios designar un cierto espacio en el que la red podrá comunicarse con otros dispositivos a través de esa red.

También se crea espacio en los hogares como resultado de la eliminación de desorden de cableado. Esta tecnología permite una alternativa a la instalación de medios de red físicos como TP , cables coaxiales o fibra óptica , que también pueden resultar costosos.

Hogar

Para los propietarios de viviendas, la tecnología inalámbrica es una opción eficaz en comparación con Ethernet para compartir impresoras, escáneres y conexiones a Internet de alta velocidad. Las WLAN ayudan a ahorrar el costo de instalación de medios de cable, ahorran tiempo de instalación física y también crean movilidad para los dispositivos conectados a la red. Las redes inalámbricas son simples y requieren tan solo un solo punto de acceso inalámbrico conectado directamente a Internet a través de un enrutador .

Elementos de la red inalámbrica

La red de telecomunicaciones en la capa física también consta de muchos elementos de red alámbrica (NE) interconectados. Estos NE pueden ser sistemas o productos independientes suministrados por un solo fabricante o ensamblados por el proveedor de servicios (usuario) o el integrador de sistemas con piezas de varios fabricantes diferentes.

Los NE inalámbricos son los productos y dispositivos utilizados por un proveedor de servicios inalámbricos para brindar soporte a la red de backhaul , así como a un centro de conmutación móvil (MSC).

El servicio inalámbrico confiable depende de los elementos de red en la capa física que se protegerán contra todos los entornos operativos y aplicaciones (consulte GR-3171, Requisitos genéricos para elementos de red utilizados en redes inalámbricas - Criterios de capa física ).

Lo que son especialmente importantes son los NE que están ubicados en la torre celular del gabinete de la estación base (BS). El hardware de fijación y la posición de la antena y los cierres y cables asociados deben tener la resistencia, solidez, resistencia a la corrosión y resistencia adecuadas contra el viento, las tormentas, la formación de hielo y otras condiciones climáticas. Los requisitos para componentes individuales, como hardware, cables, conectores y cierres, deben tener en cuenta la estructura a la que están conectados.

Dificultades

Interferencia

En comparación con los sistemas cableados, las redes inalámbricas están sujetas con frecuencia a interferencias electromagnéticas . Esto puede ser causado por otras redes u otros tipos de equipos que generan ondas de radio que están dentro o cerca de las bandas de radio utilizadas para la comunicación. La interferencia puede degradar la señal o hacer que el sistema falle.

Absorción y reflexión

Algunos materiales provocan la absorción de ondas electromagnéticas, impidiendo que lleguen al receptor, en otros casos, particularmente con materiales metálicos o conductores se produce una reflexión. Esto puede causar zonas muertas donde no hay recepción disponible. El aislamiento térmico con papel de aluminio en los hogares modernos puede reducir fácilmente las señales móviles en interiores en 10 dB, lo que a menudo genera quejas sobre la mala recepción de señales de celulares rurales de larga distancia.

Desvanecimiento por trayectos múltiples

En el desvanecimiento por trayectos múltiples, dos o más rutas diferentes tomadas por la señal, debido a los reflejos, pueden hacer que la señal se anule entre sí en ciertos lugares y sea más fuerte en otros lugares ( desvanecimiento ).

Problema de nodo oculto

En un problema de nodo oculto, la estación A puede comunicarse con la estación B. La estación C también puede comunicarse con la estación B. Sin embargo, las estaciones A y C no pueden comunicarse entre sí, pero sus señales pueden interferir en B.

El problema del nodo oculto ocurre en algunos tipos de red cuando un nodo es visible desde un punto de acceso inalámbrico (AP), pero no desde otros nodos que se comunican con ese AP. Esto conduce a dificultades en el control de acceso a los medios (colisiones).

Problema de nodo terminal expuesto

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El problema del terminal expuesto es cuando un nodo en una red no puede enviar debido a la interferencia de canal compartido de un nodo que está en una red diferente.

Problema de recursos compartidos

El espectro inalámbrico es un recurso limitado y compartido por todos los nodos en el rango de sus transmisores. La asignación de ancho de banda se vuelve compleja con la participación de múltiples usuarios. A menudo, los usuarios no son conscientes de que los números anunciados (por ejemplo, para equipos IEEE 802.11 o redes LTE ) no son su capacidad, sino que se comparten con todos los demás usuarios y, por lo tanto, la tasa de usuarios individuales es mucho menor. Con el aumento de la demanda, es cada vez más probable que se produzca una contracción de la capacidad . User-in-the-loop (UIL) puede ser una solución alternativa a la actualización a tecnologías más nuevas para el sobreaprovisionamiento .

Capacidad

Canal

Comprensión de SISO, SIMO, MISO y MIMO . El uso de múltiples antenas y la transmisión en diferentes canales de frecuencia puede reducir el desvanecimiento y puede aumentar en gran medida la capacidad del sistema.

El teorema de Shannon puede describir la velocidad máxima de datos de cualquier enlace inalámbrico, que se relaciona con el ancho de banda en hercios y el ruido en el canal.

Se puede aumentar en gran medida la capacidad del canal mediante el uso de técnicas MIMO , donde múltiples antenas o múltiples frecuencias pueden explotar múltiples rutas hacia el receptor para lograr un rendimiento mucho mayor, por un factor del producto de la frecuencia y la diversidad de antena en cada extremo.

En Linux, el Agente de dominio regulador central (CRDA) controla la configuración de los canales.

La red

El ancho de banda total de la red depende de cuán disperso sea el medio (el medio más dispersivo generalmente tiene un mejor ancho de banda total porque minimiza la interferencia), cuántas frecuencias están disponibles, qué tan ruidosas son esas frecuencias, cuántas antenas se utilizan y si hay una antena direccional en uso, si los nodos emplean control de potencia, etc.

Las redes inalámbricas celulares generalmente tienen buena capacidad, debido al uso de antenas direccionales y su capacidad para reutilizar canales de radio en celdas no adyacentes. Además, las celdas se pueden hacer muy pequeñas usando transmisores de baja potencia que se usan en las ciudades para brindar una capacidad de red que escala linealmente con la densidad de población.

La seguridad

Los puntos de acceso inalámbricos también suelen estar cerca de los humanos, pero la caída de energía a lo largo de la distancia es rápida, siguiendo la ley del cuadrado inverso . La posición del Reino Unido 's Health Protection Agency (HPA) es que ‘... de radiofrecuencia (RF) que pueden ser inferiores a las de los teléfonos móviles de exposiciones Wi-Fi son.’ También vio "... no hay ninguna razón por la que las escuelas y otros no deban usar equipos WiFi". En octubre de 2007, la HPA lanzó un nuevo estudio “sistemático” sobre los efectos de las redes WiFi en nombre del gobierno del Reino Unido, con el fin de calmar los temores que habían aparecido en los medios de comunicación en un período reciente hasta ese momento ". Dr. Michael Clark , de la HPA, dice que la investigación publicada sobre teléfonos móviles y mástiles no equivale a una acusación de WiFi.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos