Redes inalámbricas

Redes inalámbricas

Redes inalámbricas

Las redes inalámbricas son redes que utilizan ondas de radio para conectar los dispositivos, sin la necesidad de utilizar cables de ningún tipo.

Los dispositivos que comúnmente utilizan las redes inalámbricas incluyen ordenadores portátiles, ordenadores de escritorio, netbooks, asistentes digitales personales (PDA), teléfonos móviles, tablets y dispositivos localizadores. Las redes inalámbricas funcionan de manera similar a las redes cableadas, sin embargo, las redes inalámbricas deben convertir las señales de información en una forma adecuada para la transmisión a través del medio de aire.

Las redes inalámbricas sirven a muchos propósitos. En algunos casos se utilizan en sustitución a las redes cableadas, mientras que en otros casos se utilizan para proporcionar acceso a datos corporativos desde ubicaciones remotas.

La infraestructura inalámbrica puede ser construida a muy bajo coste en comparación con las alternativas cableadas tradicionales. Pero el ahorro de dinero justifica muy parcialmente la construcción de redes inalámbricas. Si a la gente de una comunidad local se le proporciona un acceso más barato y más fácil a la información, se beneficiarán directamente de lo que Internet tiene para ofrecer. El tiempo y el esfuerzo ahorrado al tener acceso a la red mundial de información se traduce en riqueza a escala local, ya que se puede hacer más trabajo en menos tiempo y con menos esfuerzo.

Además, las ondas electromagnéticas no se pueden confinar fácilmente a un área geográfica limitada. Por esta razón, un hacker puede escuchar fácilmente a una red si los datos transmitidos no están codificados.

Por lo tanto, se deben tomar todas las medidas necesarias para garantizar la privacidad de los datos transmitidos a través de redes inalámbricas.

Tecnologías inalámbricas

Las redes inalámbricas se pueden clasificar en cuatro grupos específicos según el área de aplicación y el alcance de la señal : redes inalámbricas de área personal (Wireless Personal-Area Networks - WPAN), redes inalámbricas de área local (Wireless Local-Area Networks - WLAN), redes inalámbricas de área metropolitana (Wireless Metropolitan-Area Networks - WMAN), y redes inalámbricas de área amplia (Wireless Wide-Area Networks - WWAN).

Estas redes suelen operar sobre un espectro sin licencia y reservado para uso industrial, científica y médica (banda ISM). Las frecuencias disponibles difieren de país a país. Las bandas de frecuencia más comunes son la de 2,4 GHz y la de 5 GHz, que están disponibles en la mayor parte del mundo.

Además, las redes inalámbricas pueden dividirse también en dos grandes segmentos: de corto y de largo alcance. Inalámbrica de corto alcance se refiere a las redes confinadas en un área limitada. Esto se aplica a las redes de área local (LAN), como edificios corporativos, los campus escolares y universitarios, fábricas o casas, así como a las redes de área personal (PAN) donde los ordenadores portátiles necesitan estar muy cerca entre sí para comunicarse.

Estas redes abarcan grandes áreas, tales como un área metropolitana (WMAN), un estado o provincia, o un país entero. El objetivo de las redes de largo alcance es proporcionar cobertura inalámbrica a nivel mundial. La red de largo alcance más común es la red inalámbrica de área amplia (WWAN). Cuando se requiere verdadera cobertura global, también están disponibles las redes de satélites

La disponibilidad de estas bandas de frecuencias permite a los usuarios operar con redes inalámbricas sin necesidad de obtener una licencia, y además sin cargo alguno. Al no requerirse una licencia para su uso, ello ha facilitado la expansión de este tipo de redes. En las redes de largo alcance, la conectividad es típicamente proporcionada por las empresas que comercializan la conectividad inalámbrica como un servicio.

Redes inalámbricas de área personal (WPAN)

Esto permite soluciones pequeñas, eficientes en energía y de bajo coste que pueden ser implementadas en una amplia gama de dispositivos, como por ejemplo teléfonos inteligentes, PDAs, entre otros.

Las redes inalámbricas de área personal se basan en el estándar IEEE 802.15 . Las redes inalámbricas permiten la comunicación en un rango de distancias muy corto, unos 10 metros. A diferencia de otras redes inalámbricas, una conexión realizada a través de una WPAN implica, por lo general, poca o ninguna infraestructura o conectividad directa fuera del enlace establecido.

La velocidad de transmisión (bit rate del inglés) es el número de bits transferidos o recibidos por unidad de tiempo (Unidades: bps o bit/s) Un Módem es un dispositivo que permite a un ordenador transmitir y recibir datos

Este tipo de redes se caracterizan por su bajo consumo de energía y también una baja velocidad de transmisión. Se basan en tecnologías como Bluetooth, IrDA, ZigBee o UWB. Desde un punto de vista de aplicación, Bluetooth está destinado a un ratón, un teclado, un manos libres; IrDA está pensado para enlaces punto a punto entre dos dispositivos para la transferencia de datos simples y sincronización de archivos; ZigBee está diseñado para redes inalámbricas fiables para el seguimiento y control de procesos, mientras que UWB está orientado a enlaces multimedia de gran ancho de banda.

Bluetooth

Bluetooth pertenece al estándar IEEE 802.15.1. Originalmente Bluetooth fue diseñado para comunicaciones omnidireccionales (punto a multipunto), de bajo consumo de energía, corto alcance y con dispositivos baratos, reemplazando el uso de cables y conectando los dispositivos a través de una conexión ad hoc por radio.

Hoy en día los desarrolladores están diseñando componentes y sistemas habilitados para Bluetooth para una gama de aplicaciones adicionales. Los dispositivos que incorporan esta tecnología se clasifican en tres grupos diferentes según su alcance máximo: Clase 1, Clase 2 y Clase 3, donde el rango es de unos 100 metros, 10 metros y 1 metro, respectivamente. El uso de la banda de 2,4 GHz, permite que dos dispositivos dentro del rango de cobertura de cada uno puedan compartir hasta 720 Kbps de velocidad de transferencia. La clase 2 es la más utilizada.

Bluetooth

Una red Bluetooth también se denomina picored (piconet), y se compone de hasta 8 dispositivos activos en una relación maestro-esclavo (master-slave). El primer dispositivo de Bluetooth en la picored es el maestro y todos los demás dispositivos son esclavos que se comunican con el maestro. Una picored típicamente tiene un alcance de 10 metros, aunque se puede llegar a rangos de hasta 100 metros en circunstancias ideales. Para garantizar la seguridad, cada enlace se codifica y protege contra escuchas e interferencias. Dos picoredes pueden conectarse para formar una red dispersa (scatternet).

Bluetooth

Un dispositivo Bluetooth puede participar en varias picoredes al mismo tiempo, permitiendo así la posibilidad de que la información pudiera fluir más allá de la zona de cobertura de una única picored. En una red dispersa, un dispositivo podría ser un esclavo en varias de las picoredes, pero actuar como maestro en sólo una de ellas.

IrDA

La Asociación de Datos por Infrarrojos (Infrared Data Association - IrDA) especifica un conjunto completo de estándares para comunicaciones por infrarrojos. IrDA se refiere a ese conjunto de normas y se utiliza para proporcionar conectividad inalámbrica a los dispositivos que normalmente utilizan cables para la conectividad. IrDA es un estándar de transmisión de datos ad-hoc de bajo consumo de energía, bajo coste, unidireccional (punto a punto), cono de ángulo estrecho (<30º), diseñado para operar con distancias de hasta 1 metro y a velocidades de 9600 bps a 4 Mbps (actualmente), 16 Mbps (en desarrollo). Algunos de los dispositivos que utilizan IrDA son portátiles, PDAs, impresoras y cámaras.

ZigBee

ZigBee está basado en el estándar IEEE 802.15.4 que fue desarrollado como un estándar global abierto para abordar las necesidades de fácil aplicación, alta fiabilidad, bajo costo, bajo consumo y bajas velocidades de transmisión de datos en redes de dispositivos inalámbricos. ZigBee opera en las bandas sin licencia 2.4 GHz, 900 MHz y 868 MHz con una velocidad de transmisión máxima de 250 Kbps, lo suficiente para satisfacer las necesidades de un sensor y de automatización usando redes inalámbricas.

ZigBee

ZigBee también sirve para la creación de redes inalámbricas más grandes que no exijan una gran cantidad de transmisión de datos. En una red ZigBee pueden participar dos tipos diferentes de dispositivos: dispositivos de funcionalidad completa (Full Function Device - FFD) y dispositivos de funcionalidad reducida (Reduced Function Device - RFD). Los FFDs pueden operar en tres modos distintos, como coordinador de la WPAN, coordinador o dispositivo.

ZigBee

El RFD se diseñó sólo para aplicaciones muy simples, como la de un interruptor de luz. ZigBee soporta tres topologías de red diferentes: estrella, malla, y árbol, mostradas en la Figura. En la topología en estrella, la comunicación se establece entre los dispositivos y un controlador central único, denominado coordinador de la WPAN. En la topología de malla, cualquier dispositivo puede comunicarse con cualquier otro dispositivo, siempre y cuando estén uno en el rango del otro. La red en árbol es un caso especial de una red en malla en la que la mayoría de los dispositivos son FFDs y un RFD puede conectarse a la red como un nodo hoja en el extremo de una rama. Cualquiera de los FFD puede actuar como router y proporcionar servicios de sincronización a otros dispositivos y routers. El coordinador de la WPAN será uno de estos routers.

UWB

Basado en el estándar IEEE 802.15.3, la tecnología UWB ha atraído recientemente mucha atención como una red inalámbrica para comunicaciones de alta velocidad y corto alcance en interiores. UWB sirve a un propósito muy diferente que las otras tecnologías ya mencionadas en este apartado. UWB permite la transmisión de grandes archivos de datos a altas velocidades en distancias cortas. La tecnología UWB ofrece una velocidad de transmisión de datos de más de 110 Mbps hasta 480 Mbps a distancias de hasta unos pocos metros capaz de satisfacer a la mayoría de las aplicaciones multimedia como pueda ser el audio y video en las redes del hogar, y también puede actuar como un sustituto inalámbrico del cable de buses serie de alta velocidad tales como el USB 2.0 y IEEE 1394.

UWB

En América, las frecuencias para UWB están asignadas en la banda de 3,1 GHz a 10,6 GHz. Sin embargo, en Europa, las frecuencias incluyen dos bandas: de 3,4 GHz a 4,8 GHz y de 6 GHz a 8,5 GHz. Las comunicaciones UWB transmiten información mediante la emisión de pulsos de muy corta duración y de gran ancho de banda, ver Figura, lo que permite utilizar modulación por posición o tiempo de pulso. La información también puede ser modulada en señales UWB (pulsos) mediante la codificación de la polaridad del pulso, su amplitud y/o mediante el uso de pulsos ortogonales. Los pulsos de UWB se pueden enviar de forma esporádica a relativamente bajas velocidades de transmisión para soportar la modulación por posición o tiempo de pulso, pero también se pueden enviar a tasas de hasta el inverso del ancho de banda de pulso UWB.

Redes inalámbricas de área local (WLAN)

WLAN

Las redes inalámbricas de área local (WLAN) están diseñadas para proporcionar acceso inalámbrico en zonas con un rango típico de hasta 100 metros y se utilizan sobre todo en el hogar, la escuela, una sala de ordenadores, o entornos de oficina. Esto proporciona a los usuarios la capacidad de moverse dentro de un área de cobertura local y permanecer conectado a la red.

WLAN

Las WLAN se basan en el estándar 802.11 del IEEE y son comercializadas bajo la marca Wi-Fi. Debido a la competencia, otros estándares como HIPERLAN nunca recibieron tanta aplicación comercial. El estándar IEEE 802.11 fue más sencillo de implementar y se hizo más rápido con el mercado. El IEEE 802.11 comprende toda una familia de diferentes estándares para redes inalámbricas de área local. El IEEE 802.11b fue el primer estándar aceptado, admitiendo hasta 11 Mbps en la banda frecuencial sin licencia de 2,4 GHz.

WLAN

Posteriormente, el estándar IEEE 802.11g fue diseñado como el sucesor del IEEE 802.11b con un mayor ancho de banda. Un punto de acceso IEEE 802.11g soportará clientes 802.11b y 802.11g. Del mismo modo, un ordenador portátil con una tarjeta IEEE 802.11g será capaz de acceder a los puntos de acceso 802.11b existentes, así como a los nuevos puntos de acceso 802.11g

WLAN

Esto se debe a las redes LAN inalámbricas basadas en 802.11g utilizan la misma banda de 2,4 GHz que utiliza el 802.11b. La velocidad de transferencia máxima para el enlace inalámbrico IEEE 802.11g es de 54 Mbps, pero se ve reducida automáticamente cuando la señal de radio es débil o cuando se detecta una interferencia.

WLAN

Esto se debe a las redes LAN inalámbricas basadas en 802.11g utilizan la misma banda de 2,4 GHz que utiliza el 802.11b. La velocidad de transferencia máxima para el enlace inalámbrico IEEE 802.11g es de 54 Mbps, pero se ve reducida automáticamente cuando la señal de radio es débil o cuando se detecta una interferencia.

Redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN)

WMAN

Las redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN) forman el tercer grupo de redes inalámbricas. Las WMAN se basan en el estándar IEEE 802.16, a menudo denominado WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). WiMAX es una tecnología de comunicaciones con arquitectura punto a multipunto orientada a proporcionar una alta velocidad de transmisión de datos a través de redes inalámbricas de área metropolitana.

WMAN

Esto permite que las redes inalámbricas LAN más pequeñas puedan ser interconectadas por WiMAX creando una gran WMAN. Consecuentemente, la creación de redes entre ciudades puede lograrse sin la necesidad de cableado costoso. WiMAX es similar a Wi-Fi, pero proporciona cobertura a distancias mayores.

WMAN

Mientras que Wi-Fi está destinado a proporcionar cobertura en áreas relativamente pequeñas, como en oficinas o hot spots, WiMAX opera en dos bandas de frecuencia, una mezcla de banda con licencia y banda sin licencia, de 2 GHz a 11 GHz y de 10 GHz a 66 GHz, pudiendo alcanzar velocidades de transmisión próximas a 70 Mbps en una distancia de 50 km a miles de usuarios desde una única estación base, tal como se representa en la Figura .

WMAN

Al poder operar en dos bandas de frecuencia, WiMAX puede trabajar con y sin línea de visión directa. En el rango de frecuencias de 2 a 11GHz se trabaja sin línea de visión directa, donde un equipo dentro de un edificio se comunica con una torre/antena exterior del edificio. Las transmisiones a baja frecuencia no son fácilmente perturbadas por obstáculos físicos. Por el contrario, las transmisiones a mayor frecuencia se utilizan en aplicaciones con línea de visión directa. Esto permite a las torres/antenas poder comunicarse entre sí en distancias mayores.

Redes inalámbricas de área amplia (WWAN)

WWAN

Las redes inalámbricas de área amplia se extienden más allá de los 50 kilómetros y suelen utilizar frecuencias con licencia. Este tipo de redes se pueden mantener en grandes áreas, tales como ciudades o países, a través de los múltiples sistemas de satélites o ubicaciones con antena atendidos por un proveedor de servicios de Internet. Existen principalmente dos tecnologías disponibles: la telefonía móvil y los satélites.

Red de telefonía móvil

En la red de telefonía móvil, el área de cobertura se divide en celdas. Un transmisor de celda o estación base, en el centro de la celda, está diseñado para servir a una celda individual. Los dispositivos móviles están conectados a una estación base y estas últimas a una central de conmutación de telefonía móvil que une el teléfono móvil y la red cableada de telefonía. El sistema pretende hacer un uso eficiente de los canales disponibles mediante el uso de transmisores de baja potencia para permitir la reutilización de frecuencias a distancias mucho más pequeñas.

Red de telefonía móvil

Las diferentes generaciones de telefonía móvil se han desarrollado desde principios de 1980. La primera generación, 1G, era analógica y fue concebida y diseñada exclusivamente para las llamadas de voz casi sin consideración de servicios de datos, con una velocidad de hasta 2,4 kbps. La segunda generación, 2G, está basada en tecnología digital y la infraestructura de red (GSM), permitiendo mensajes de texto con una velocidad de datos de hasta 64 Kbps. La generación 2.5G se sitúa entre la 2G y la 3G. También se la conoce como 2G + GPRS.

Red de telefonía móvil

Se trata de una versión mejorada de 2G, con una velocidad de hasta 144 Kbps. La generación 3G fue introducida en el año 2000, con una velocidad de datos de hasta 2 Mbps. La 3.5G es una versión mejorada de la 3G que utiliza HSDPA para acelerar las transferencias de datos hasta 14 Mbps. Por último, la cuarta generación, 4G, es capaz de proporcionar velocidades de hasta 1 Gbps y cualquier tipo de servicio en cualquier momento de acuerdo con las necesidades del usuario, en cualquier lugar. La generación 5G se espera para el año 2020.

Satélite

Las comunicaciones inalámbricas también pueden llevarse a cabo a través de satélites. Debido a su gran altura, las transmisiones por satélite pueden cubrir una amplia área sobre la superficie de la tierra. Esto puede ser muy útil para los usuarios que se encuentran en zonas remotas o islas donde no hay cables submarinos en servicio. En estos casos, se necesitan teléfonos vía satélite.

Satélite

Cada satélite está equipado con varios transpondedores los cuales constan de un transceptor y una antena. La señal entrante se amplifica y luego es retransmitida en una frecuencia diferente.

Seguridad

Las redes inalámbricas en general no son tan seguras como las redes cableadas. Las redes cableadas, desde un punto de vista muy simple, envían datos entre dos puntos, A y B, que están conectados por un cable de red. Sin embargo, las redes inalámbricas transmiten los datos en todas las direcciones a cualquier dispositivo que pueda estar escuchando, dentro de un rango limitado.

Seguridad

Una red cableada puede ser protegida en sus extremos, por ejemplo, restringiendo el acceso físico e instalando cortafuegos. Una red inalámbrica con las mismas medidas sigue siendo vulnerable a escuchas. Por lo tanto, las redes inalámbricas requieren un esfuerzo más centrado para mantener la seguridad.

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