El espectro electromagnético
Bajo Ancho de Banda Saturado de celulares y teléfonos
inalámbricos Es una de las bandas relativamente mas
“limpias 1 2 3 4 5 6 FRECUENCIA (GHz) 26MHz 83.5MHz 125MHz
2.400 a 2.4835GHz 902 a 928MHz 5.725 a 5.850GHz Es una banda que
tiende a saturarse Bandas ISM ( Industrial, Scientific &
Medical ) “no licenciadas”
Banda (Frecuencia) dedicada Técnica similar a la forma en
que se difunden las ondas desde una estación de radio. Hay
que sintonizar en una frecuencia muy precisa tanto el emisor como
el receptor. No se hace necesario enfocar la señal (
“línea de vista”). Estas transmisiones tienen
problemas debido a las reflexiones que experimentan las ondas de
radio (“fantasmas” en TV ). Estas transmisiones
están reguladas.
Función : permitir a varios usuarios compartir el medio
físico de transmisión ( en este caso el ancho de
banda ). Multiplexacion Frecuencia (FDMA) Tiempo (TDMA)
Código (CDMA) { Técnicas de acceso
múltiple
Técnicas de acceso múltiple (bis) TDMA, FDMA y CDMA
en las dimensiones Potencia , Frecuencia y Tiempo
Redes Wireless Las redes inalámbricas que utilizan
radiofrecuencia pueden clasificarse atendiendo a su capa
física, en sistemas de frecuencia dedicada y en sistemas
basados en espectro disperso o extendido (por ej: el elegido por
IEEE 802.11).
Espectro Disperso SubAntecedentes
Actriz ( e Ing.) inventa la técnica en 1940
Spread Spectrum
Spread Spectrum – Espectro disperso IMS (Industrial, Scientific
and Medical) es una banda “unlicensed”, no se
requiere una licencia de las organismos de regulación de
las comunicaciones en cada país ( CNC en Argentina ) .
Algunas de estas frecuencias están siendo utilizadas por
dispositivos como teléfonos inalámbricos, puertas
de garaje automáticas, etc. Es por esto que las
autoridades reguladoras exigen que los productos se desarrollen
dentro de algún esquema que permita controlar las
interferencias
Spread Spectrum ( cont) Spread Spectrum esquema de
modulación , la señal se expande (su espectro) a
través de un ancho de banda mayor que el mínimo
requerido para transmitir con éxito. Mediante un sistema
de codificación se desplaza la frecuencia o la fase de la
señal de forma que quede expandida, con lo cual se
consigue un efecto de camuflaje. En el receptor la señal
se recompone para obtener la información inicial. En
definitiva, se esparce la señal a lo largo de un amplio
margen del espectro evitando concentrar la potencia sobre una
única y estrecha banda de frecuencia. De este modo se
puede usar un rango frecuencias que este ocupado ya por otras
señales.
Spread Spectrum ( cont) Detección en el RX Interferencia
Señal expandida Frecuencia f Potencia Potencia
Espectro Disperso (las primeras técnicas) Para reducir la
interferencia en la banda de 2,4 GHz las emisiones de más
de 1 mW se han de hacer en espectro disperso Las formas
tradicionales de hacer una emisión de espectro disperso
son : Frecuency Hopping (salto de frecuencia). El emisor va
cambiando continuamente de canal. El receptor ha de seguirlo.
Direct Sequence (secuencia directa). El emisor emplea un canal
muy ancho. La potencia de emisión es similar al caso
anterior, pero al repartirse en una banda mucho mas ancha la
señal es de baja intensidad (poca potencia por Hz).
Espectro expandido Utilizar una potencia de salida baja. Las
técnicas tradicionales de modulación maximizan la
potencia en el centro de la frecuencia asignada para solventar el
problema del ruido (resulta fácil su detección e
interceptación).
SS : DSSS vs FHSS Direct Sequence Spread Spectrum Frequency
Hopping Spread Spectrum PROCESAMIENTO DE DATOS SNRI SNRO Rx SNRO
= SNRI x GP SNRO (dB) = SNRI (dB) + GP (dB) BANDWIDTH es MAYOR
que la velocidad de trasmisión de la Información El
codigo de la señal expande la señal original SPREAD
Y DE-SPREAD CODES tienen la misma ganancia de procesamiento , GP
= 10 log (Ch BW/Data BW) Amplitud Frecuencia Tiempo 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 f1 f2 f3 f4 f5 (Gp:) AMPLITUD (Gp:) FRECUENCIA
DSSS DSSS se basa en desplazar la fase de una portadora mediante
una secuencia de bits muy rápida, diseñadas de
forma que aparezcan aproximadamente el mismo número de
ceros que de unos. Esta secuencia, un código Barrer (n-bit
chipping code ), se introduce sustituyendo cada bit de datos;
puede ser de dos tipos, según sustituya al cero o al uno
lógico. Tan sólo aquellos receptores a los que el
emisor envíe dicho código podrán recomponer
la señal original, filtrando señales indeseables,
previa sincronización. Aquellas que no sepan el
código creerán que se trata de ruido. A cada bit de
código se le denomina chip. El IEEE 802.11 establece una
secuencia de 11 chips, siendo 100 el óptimo.
FHSS FHSS la señal se mueve de una frecuencia otra, es
decir la expansión de la señal se produce
transmitiendo una ráfaga en una frecuencia, saltando luego
a otra frecuencia para transmitir otra ráfaga y así
sucesivamente
802.11 a.ka. Wi-Fi SubModelo 802.11, Normas Configuraciones
Típicas Sensado Virtual de Portadora Problema Terminal
Oculta y Expuesta MACA y MACAW CSMA/CA RTS-CTS-DATA-ACK
Arquitectura de 802.11
Nuevas Tecnologías ? Wi-Fi ( Wireless Fidelity ) IEEE
802.11.b – 11 Mbps – DSSS – 2.4 GHz IEEE 802.11.a –
54 Mbps – OFDM – 5.8 GHz IEEE 802.11.g – 54
Mbps – OFDM- 2.4 GHz IEEE 802.11.n – 100 Mbps
——–600 Mbps con MIMO (multiple input multiple output
antennas). IEEE 802.11.ac – 1 Gbps (2015?)
Introducción Aunque el standard IEEE 802.11 se encuentra
desarrollando desde 1997, continua la evolución a los
efectos de tener mayor velocidad , seguridad, QoS y movilidad
Wireless LANs satisface movilidad, relocacion y los
requerimientos de “ ad hoc networking “
Modelo de Referencia de 802.11 PMD (Physical Media Dependent)
PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) Subcapa MAC: Acceso
al medio (CSMA/CA) Acuses de recibo (ACK!!) Fragmentación
Confidencialidad (WEP) ? Capa de enlace Capa física
Infrarrojos OFDM DSSS FHSS Subcapa LLC
Comparación de los distintas normas(1)
Comparación de los distintas normas(2)
Nivel físico en 802.11 Infrarrojos: solo válido en
distancias muy cortas y en la misma habitación(
histórico ) Radio: Espectro expandido por salto de
frecuencia FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de
bajo rendimiento, muy poco utilizado actualmente. Espectro
expandido por secuencia directa DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum). Multiplexacion por división de Frecuencia
Ortogonal OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing).
Configuraciones Típicas Infraestructura Consiste de al
menos un Access Point (AP) Basic Service Set (BSS) – Un AP
provee la funcion de un puente( bridge) local para BSS. Todas las
estaciones se comunican con con el PA y no directamente entre
ellas . Las tramas son retransmitidas entre las estaciones Wi-Fi
por el AP.
Configuraciones Típicas (cont.) Extended Service Set (ESS)
– Un ESS es un conjunto de BSSs, donde los APs se comunican
entre ellos para forwardear el tráfico desde una BSS a
otra. Facilidad el movimiento de una estación Wi-Fi entre
BSS.
Configuraciones Típicas (cont.) Ad Hoc Las estaciones
inalámbricas se comunican directamente entre
sí. Cada estación puede no ser capaz de
comunicarse con cualquier otra estación debido a las
limitaciones rango (utilizando wireless routing protocol).
“sui generis” Mediante antenas con ganancias mayores
a la permitida por la norma , amplificadores y torres , es una
infraestructura utilizada en muchas zonas suburbanas y rurales
del país por ISPs,
Nivel MAC en 802.11 SubIntroducción
Acceso al Medio Con un enfoque simplista podriamos pensar en usar
CSMA/CD para usar una LAN inalámbrica (WLAN). El problema
es que este protocolo es inadecuado por que lo que importa es la
interferencia en el receptor y no en el transmisor .
Wireless MAC Protocol: Virtual Carrier Sensing
Problema de la estación oculta Primero considere lo que
ocurre cuando A transmite a B. Si C detecta el medio no
escuchará a A porque está fuera de su alcance, y
por lo tanto deducirá erróneamente que puede
transmitir. Si C comienza a transmitir, interferirá en B
eliminando el marco de A. El problema de que una estación
no puede detectar a un competidor potencial por el medio, puesto
que el competidor esta demasiado lejos, se denomina problema de
la estación oculta.
Problema de la estación expuesta Ahora consideremos la
situación inversa: B transmite a A. Si C detecta el medio,
escuchará una transmisión y concluirá que no
puede enviar a D. Cuando de hecho tal transmisión
causaría una mala recepción solo en la zona entre B
y C, en la que no está localizado ninguno de los
receptores pretendidos. Esta situación se conoce como
problema de estación expuesta
En resumen : El problema es que antes de comenzar una
transmisión se quiere saber si hay ó no actividad
en las cercanías del receptor y no alrededor del
transmisor.
Antecedentes MACA [Karn1990] MACAW [1994]
MACA MACA (Múltiple Access Collision Avoidance) se
usó como base para el 802.11. El concepto en que se basa
es que, el transmisor estimula al receptor a enviar una trama
corta, de manera que las estaciones cercanas puedan detectar esta
transmisión y eviten ellas mismas de hacerlo durante la
trama siguiente de datos.
MACA [Karn1990] A comienza por enviar una trama RTS (Request to
Send) a B. Esta trama corta (30 bytes) contiene la longitud de
trama de datos que seguirá posteriormente. Entonces B
contesta con una trama CTS (Clear to send). La trama contiene la
longitud de los datos (copiado de la trama RTS). A la
recepción de la trama CTS, A comienza a transmitir.
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA