Redes Inalambricas

Partes: 1, 2

Capítulo I

INTRODUCCIÓN

1.1 – Redes INALÁMBRICAS.

Una de las tecnologías más prometedoras y
discutidas en esta década es la de poder comunicar computadoras mediante
tecnología
inalámbrica. La conexión de computadoras mediante
Ondas de Radio o Luz Infrarroja, actualmente
está siendo ampliamente investigado. Las Redes Inalámbricas
facilitan la operación en lugares donde la computadora no puede
permanecer en un solo lugar, como en almacenes o en oficinas que se
encuentren en varios pisos.

También es útil para hacer posibles sistemas basados en plumas.
Pero la realidad es que esta tecnología está
todavía en pañales y se deben de resolver varios
obstáculos técnicos y de regulación antes de que
las redes inalámbricas sean utilizadas de una manera
general en los sistemas de cómputo de la
actualidad.

No se espera que las redes inalámbricas lleguen a
remplazar a las redes cableadas. Estas ofrecen velocidades de
transmisión mayores que las logradas con la
tecnología inalámbrica. Mientras que las redes
inalámbricas actuales ofrecen velocidades de 2 Mbps, las
redes cableadas ofrecen velocidades de 10 Mbps y se espera que
alcancen velocidades de hasta 100 Mbps. Los sistemas de Cable
de Fibra Optica logran velocidades aún mayores, y pensando
futuristamente se espera que las redes inalámbricas
alcancen velocidades de solo 10 Mbps.

Sin embargo se pueden mezclar las redes cableadas y
las inalámbricas, y de esta manera generar una "Red Híbrida" y poder resolver los
últimos metros hacia la estación. Se puede considerar
que el sistema cableado sea la parte
principal y la inalámbrica le proporcione movilidad
adicional al equipo y el operador se pueda desplazar con
facilidad dentro de un almacén o una oficina. Existen dos amplias
categorías de Redes Inalámbricas:

De Larga Distancia.- Estas son utilizadas
para transmitir la información en
espacios que pueden variar desde una misma ciudad o hasta
varios países circunvecinos (mejor conocido como Redes
de Area Metropolitana MAN); sus velocidades de
transmisión son relativamente bajas, de 4.8 a 19.2
Kbps.
De Corta Distancia.- Estas son
utilizadas principalmente en redes corporativas cuyas
oficinas se encuentran en uno o varios edificios que no se
encuentran muy retirados entre si, con velocidades del orden
de 280 Kbps hasta los 2 Mbps.

Existen dos tipos de redes de larga
distancia: Redes de Conmutación de Paquetes (públicas
y privadas) y Redes Telefónicas Celulares. Estas
últimas son un medio para transmitir información de
alto precio. Debido a que los
módems celulares actualmente son más caros y
delicados que los convencionales, ya que requieren circuiteria
especial, que permite mantener la pérdida de señal
cuando el circuito se alterna entre una célula y otra. Esta
pérdida de señal no es problema para la comunicación de voz
debido a que el retraso en la conmutación dura unos
cuantos cientos de milisegundos, lo cual no se nota, pero en la
transmisión de información puede hacer estragos.
Otras desventajas de la transmisión celular
son:

La carga de los teléfonos se termina
fácilmente.

La transmisión celular se intercepta
fácilmente (factor importante en lo relacionado con la
seguridad).

Las velocidades de transmisión son
bajas.

Todas estas desventajas hacen que la comunicación celular se
utilice poco, o únicamente para archivos muy pequeños como
cartas, planos, etc.. Pero se
espera que con los avances en la compresión de datos, seguridad y algoritmos de
verificación de errores se permita que las redes celulares
sean una opción redituable en algunas
situaciones.

La otra opción que existe en redes de larga
distancia son las denominadas: Red Pública De
Conmutación De Paquetes Por Radio. Estas redes no
tienen problemas de pérdida de
señal debido a que su arquitectura está
diseñada para soportar paquetes de datos en lugar de
comunicaciones de voz. Las
redes privadas de conmutación de paquetes utilizan la
misma tecnología que las públicas, pero bajo bandas
de radio frecuencia restringidas por la propia organización de sus
sistemas de cómputo.

1.2.- REDES PUBLICAS DE RADIO.

Las redes públicas tienen dos protagonistas
principales: "ARDIS" (una asociación de Motorola e
IBM) y "Ram Mobile Data"
(desarrollado por Ericcson AB, denominado MOBITEX). Este
ultimo es el más utilizado en Europa. Estas Redes
proporcionan canales de radio en áreas metropolitanas, las
cuales permiten la transmisión a través del país
y que mediante una tarifa pueden ser utilizadas como redes de
larga distancia. La compañía proporciona la
infraestructura de la red, se incluye controladores de
áreas y Estaciones Base, sistemas de cómputo
tolerantes a fallas, estos sistemas soportan el estándar
de conmutación de paquetes X.25, así como su propia
estructura de paquetes.
Estas redes se encuentran de acuerdo al modelo de referencia
OSI. ARDIS especifica las
tres primeras capas de la red y proporciona flexibilidad en las
capas de aplicación, permitiendo al cliente desarrollar
aplicaciones de software (por ej. una
compañía llamada RF Data, desarrollo una rutina de
compresión de datos para utilizarla en estas redes
públicas).

Los fabricantes de equipos de computo venden periféricos para estas
redes (IBM desarrollo su "PCRadio" para utilizarla con
ARDIS y otras redes, públicas y privadas). La PCRadio es
un dispositivo manual con un microprocesador 80C186 que
corre DOS, un radio/fax/módem incluido y
una ranura para una tarjeta de memoria y 640 Kb de
RAM.

Estas redes operan en un rango de 800 a 900 Mhz. ARDIS
ofrece una velocidad de
transmisión de 4.8 Kbps. Motorola Introdujo una
versión de red pública en Estados Unidos que opera a 19.2
Kbps; y a 9.6 Kbps en Europa (debido a una banda de frecuencia
más angosta). Las redes públicas de radio como
ARDIS y MOBITEX jugaran un papel significativo en
el mercado de redes de
área local (LAN´s) especialmente
para corporaciones de gran tamaño. Por ejemplo, elevadores
OTIS utiliza ARDIS para su organización de servicios.

1.3.- REDES DE ÁREA LOCAL (LAN).

Las redes inalámbricas se diferencian de las
convencionales principalmente en la "Capa Física" y la "Capa de Enlace de
Datos", según el modelo de referencia OSI. La capa
física indica como son enviados los bits de una
estación a otra. La capa de Enlace de Datos (denominada
MAC), se encarga de describir como se empacan y verifican los
bits de modo que no tengan errores. Las demás capas forman
los protocolos o utilizan
puentes, ruteadores o compuertas para conectarse. Los dos
métodos para remplazar la
capa física en una red inalámbrica son la
transmisión de Radio Frecuencia y la Luz
Infrarroja.

1.4.- REDES INFRARROJAS

Las redes de luz infrarroja están limitadas por
el espacio y casi generalmente la utilizan redes en las que las
estaciones se encuentran en un solo cuarto o piso, algunas
compañías que tienen sus oficinas en varios edificios
realizan la comunicación colocando los receptores/emisores
en las ventanas de los edificios. Las transmisiones de radio
frecuencia tienen una desventaja: que los países
están tratando de ponerse de acuerdo en cuanto a las
bandas que cada uno puede utilizar, al momento de realizar este
trabajo ya se han reunido
varios países para tratar de organizarse en cuanto a que
frecuencias pueden utilizar cada uno.

La transmisión Infrarroja no tiene este
inconveniente por lo tanto es actualmente una alternativa para
las Redes Inalámbricas. El principio de la
comunicación de datos es una tecnología que se ha
estudiado desde los 70´s, Hewlett-Packard desarrolló
su calculadora HP-41 que utilizaba un transmisor infrarrojo
para enviar la información a una impresora térmica
portátil, actualmente esta tecnología es la que
utilizan los controles remotos de las televisiones o aparatos
eléctricos que se usan en el hogar.

El mismo principio se usa para la comunicación de
Redes, se utiliza un "transreceptor" que envía un
haz de Luz Infrarroja, hacia otro que la recibe. La
transmisión de luz se codifica y decodifica en el
envío y recepción en un protocolo de red existente.
Uno de los pioneros en esta área es Richard Allen, que
fundó Photonics Corp., en 1985 y desarrolló un
"Transreceptor Infrarrojo". Las primeros transreceptores
dirigían el haz infrarrojo de luz a una superficie pasiva,
generalmente el techo, donde otro transreceptor recibía la
señal. Se pueden instalar varias estaciones en una sola
habitación utilizando un área pasiva para cada
transreceptor. La FIG 1.1 muestra un transreceptor. En la
actualidad Photonics a desarrollado una versión
AppleTalk/LocalTalk del transreceptor que opera a 230 Kbps. El
sistema tiene un rango de 200 mts. Además la
tecnología se ha mejorado utilizando un transreceptor que
difunde el haz en todo el cuarto y es recogido mediante otros
transreceptores. El grupo de trabajo de Red
Inalámbrica IEEE 802.11 está trabajando en una capa
estándar MAC para Redes Infrarrojas.

FIG 1.1

1.5.- REDES DE RADIO FRECUENCIA

Por el otro lado para las Redes Inalámbricas de
RadioFrecuencia , la FCC permitió la operación sin
licencia de dispositivos que utilizan 1 Watt de energía o
menos, en tres bandas de frecuencia : 902 a 928 MHz, 2,400 a
2,483.5 MHz y 5,725 a 5,850 Mhz. Esta bandas de frecuencia,
llamadas bandas ISM, estaban anteriormente limitadas a
instrumentos científicos, médicos e industriales.
Esta banda, a diferencia de la ARDIS y MOBITEX, está
abierta para cualquiera. Para minimizar la interferencia, las
regulaciones de FCC estipulan que una técnica de
señal de transmisión llamada spread-spectrum
modulation, la cual tiene potencia de transmisión
máxima de 1 Watt. deberá ser utilizada en la banda
ISM. Esta técnica a sido utilizada en aplicaciones
militares. La idea es tomar una señal de banda
convencional y distribuir su energía en un dominio más amplio de
frecuencia. Así, la densidad promedio de
energía es menor en el espectro equivalente de la
señal original. En aplicaciones militares el objetivo es reducir la
densidad de energía abajo del nivel de ruido ambiental de tal
manera que la señal no sea detectable. La idea en las
redes es que la señal sea transmitida y recibida con un
mínimo de interferencia. Existen dos técnicas para distribuir
la señal convencional en un espectro de propagación
equivalente :

La secuencia directa: En este método el flujo de
bits de entrada se multiplica por una señal de
frecuencia mayor, basada en una función de
propagación determinada. El flujo de datos original
puede ser entonces recobrado en el extremo receptor
correlacionándolo con la función de
propagación conocida. Este método requiere un
procesador de señal
digital para correlacionar la señal de
entrada.
El salto de frecuencia: Este método es
una técnica en la cual los dispositivos receptores y
emisores se mueven sincrónicamente en un patrón
determinado de una frecuencia a otra, brincando ambos al
mismo tiempo y en la misma
frecuencia predeterminada. Como en el método de
secuencia directa, los datos deben ser reconstruidos en base
del patrón de salto de frecuencia. Este método es
viable para las redes inalámbricas, pero la
asignación actual de las bandas ISM no es adecuada,
debido a la competencia con otros
dispositivos, como por ejemplo las bandas de 2.4 y 5.8 Mhz
que son utilizadas por hornos de Microondas.

Capítulo II

EL USO DEL ESPACIO,
DEL TIEMPO Y DEL ESPECTRO EN REDES DE RADIO
frecuencia.

2.1.- introduccion

El método de acceso, tal como la modulación de radio y el
ancho de banda disponible, es importante para determinar la
eficiencia y la capacidad de un
sistema de radio,. Los factores que permiten optimizar la
capacidad de comunicación dentro de una área
geográfica y del espectro de ancho de banda, son
considerados más importantes que la forma de como son
implementadas. Los diseñadores de sistemas únicamente
pueden definir la utilización del espacio y del tiempo, y
una aproximación de la eficiencia de la tecnología de
transmisión por radio.

Los diseños de alta eficiencia han sido evitados
en sistemas de radio y redes porque su utilización no es
muy obvia en cuanto a rapidez y conveniencia. Uno de los
aspectos más importantes de la eficiencia del tiempo es la
asignación de frecuencia consolidada y el tráfico de
cargas de usuarios no relacionados entre si. Por lo menos, el
punto alto y el promedio de circulación de cada grupo
deben de tener diferentes patrones; esto es muy difícil
porque los canales incompartibles pueden ser vistos como
viables, aunque su capacidad sea insuficiente para las
necesidades máximas.

Independientemente del rango, un conjunto de enlaces
puede únicamente dar servicio a un fracción
del área total. Para una cobertura total del área, se
debe de usar canales independientes, derivados por frecuencia,
código o tiempo. No es
fácil minimizar el número de canales independientes o
conjunto de enlaces para una cobertura total. Mientras la
distancia incrementa, se origina que la señal de radio
disminuya, debido a la curvatura de la Tierra o a
obstáculos físicos naturales existentes .

Este diseño es muy utilizado
en interferencia limitada. Existe una trayectoria normal cuando
en el nivel de transferencia, de estaciones
simultáneamente activas, no prevén la transferencia
actual de datos. Para este tipo de diseño, los siguientes
factores son importantes:

1.- Es necesaria una relación
señal-interferencia, para una comunicación
correcta.

2.- Se requiere de un margen expresado en estadísticas para
generar esta relación, aún en niveles de señal
variables

3.- La posición de las antenas que realizan la
transmisión. La cual puede ser limitada por las
estaciones y perfectamente controlada por puntos de acceso
fijos.

4.- La función de la distancia para el nivel de
la señal. Esta dada por el valor promedio de la
señal, considerando las diferencias en la altura de la
antena de la terminales y los impedimentos naturales en la
trayectoria.

2.2.- Factor de reuso.

El número del conjunto de canales requeridos es
comúnmente llamado "Factor de Reuso" o "Valor N", para el
sistema de planos celulares. El sistema de planos celulares
original, contempla 7 grupos de canales de
comunicación y 21 grupos de canales de configuración
basados en una estructura celular hexagonal. (Un patrón de
un hexágono con 6 hexágonos alrededor, da el valor de
7, y un segundo anillo de 14 da el valor de 21.)

Estos valores fueron calculados
asumiendo la Modulación de Indexamiento 2 FM, previendo un
valor de captura de cerca de 12 dB y un margen de cerca de 6
dB. En los sistemas digitales el factor
de Reuso es de 3 ó 4, ofreciendo menor captura y menor
margen.

2.3.- FACTOR DE DISTANCIA.

El promedio de inclinación de curva es reconocido
por tener un exponente correspondiente a 35-40 dB/Decena para
una extensión lejana y de propagación no óptica. Para distancias
cortas el exponente es más cerca al espacio libre o 20
dB/Decena. El aislamiento de estaciones simultáneamente
activas con antenas omni-direccionales pueden requerir factores
de Reuso de 49 o más en espacio libre. La distancia de
aislamiento trabaja muy bien con altos porcentajes de
atenuación media. Dependiendo de lo disperso del ambiente, la distancia de
aislamiento en sistemas pequeños resulta ser en algunos
casos la interferencia inesperada y por lo tanto una menor
cobertura.

2.4.- puntos de acceso

La infraestructura de un punto de acceso es simple:
"Guardar y Repetir", son dispositivos que validan y
retransmiten los mensajes recibidos. Estos dispositivos pueden
colocarse en un punto en el cual puedan abarcar toda el
área donde se encuentren las estaciones. Las
características a considerar son :

1.- La antena del repetidor debe de estar a la
altura del techo, esto producirá una mejor cobertura que
si la antena estuviera a la altura de la mesa.

2.- La antena receptora debe de ser más
compleja que la repetidora, así aunque la señal de
la transmisión sea baja, ésta podrá ser
recibida correctamente.

Un punto de acceso compartido es un repetidor, al cual
se le agrega la capacidad de seleccionar diferentes puntos de
acceso para la retransmisión. (esto no es posible en un
sistema de estación-a-estación, en el cual no se
aprovecharía el espectro y la eficiencia de poder, de un
sistema basado en puntos de acceso)

La diferencia entre el techo y la mesa para algunas de
las antenas puede ser considerable cuando existe en esta
trayectoria un obstáculo o una obstrucción. En dos
antenas iguales, el rango de una antena alta es 2x-4x, más
que las antenas bajas, pero el nivel de interferencia es igual,
por esto es posible proyectar un sistema basado en coberturas
de punto de acceso, ignorando estaciones que no tengan rutas de
propagación bien definidas entre si.

Los ángulos para que una antena de patrón
vertical incremente su poder direccional de 1 a 6 están
entre los 0° y los
30° bajo el nivel horizontal,
y cuando el punto de acceso sea colocado en una esquina, su
poder se podrá incrementar de 1 a 4 en su cobertura
cuadral. El patrón horizontal se puede incrementar de 1
hasta 24 dependiendo del medio en que se propague la onda. En
una estación, con antena no dirigida, el poder total de
dirección no puede ser
mucho mayor de 2 a 1 que en la de patrón vertical. Aparte
de la distancia y la altura, el punto de acceso tiene una
ventaja de hasta 10 Db en la recepción de transmisión
de una estación sobre otra estación .

Estos 10 Db son considerados como una reducción
en la transmisión de una estación, al momento de
proyectar un sistema de
estación-a-estación.

2.5.- aislamiento en sistemas vecinos.

Con un proyecto basado en Puntos de
Acceso, la cobertura de cada punto de acceso es definible y
puede ser instalado para que las paredes sean una ayuda en
lugar de un obstáculo. Las estaciones están
recibiendo o transmitiendo activamente muy poco tiempo y una
fracción de las estaciones asociadas, con un punto de
acceso, están al final de una área de servicio;
entonces el potencial de interferencia entre estaciones es
mínimo comparado con las fallas en otros mecanismos de
transmisión de gran escala. De lo anterior podemos
definir que tendremos dos beneficios del punto de
acceso:

1.- El tamaño del grupo de Reuso puede ser
pequeño ( 4 es el valor usado, y 2 es el
deseado).

2.- La operación asincrona de grupos de Reuso
contiguos puede ser poca perdida, permitiendo así que el
uso del tiempo de cada punto de acceso sea aprovechado
totalmente.

Estos detalles incrementan materialmente el uso del
tiempo.

2.6.-MODULACIÓN de radio.

El espectro disponible es de 40 MHz, según el
resultado de APPLE y 802.11 La frecuencia es "Desvanecida"
cuando en una segunda o tercera trayectoria, es incrementada o
decrementada la amplitud de la señal. La distribución de
probabilidad de este tipo de
"Desvanecimientos" se le denomina "rayleigh". El
desvanecimiento rayleigh es el factor que reduce la eficiencia
de uso del espectro con pocos canales de ancho de
banda.

Si es usada la señal de espectro expandido, la
cual es 1 bit/símbolo, la segunda o tercera trayectoria
van a causar un "Desvanecimiento" si la diferencia de la
trayectoria es más pequeña que la mitad del intervalo
del símbolo. Por ejemplo, una señal a 10 Mbs,
necesita de 0.1 m seg. de tiempo
para propagar la señal a 30 mts. Diferencias en distancias
mayores de 5 mts. causan mayor interferencia entre símbolos que el causado
por el "Desvanecimiento". Si el símbolo es dividido en 7
bits, el mecanismo ahora se aplicara a una séptima parte
de 30 mts. (o sea, 4 metros aproximadamente), una distancia en
la trayectoria mayor de 4 metros no es causa de
"Desvanecimiento" o de interferencia entre
símbolos.

El promedio de bits debe de ser constante, en el
espacio localizado en el espectro y el tipo de modulación
seleccionado. El uso de ciertos símbolos codificados,
proporcionaran una mejor resolución a la longitud de
trayectoria.

Un espectro expandido de 1 símbolo y cada
símbolo con una longitud de 7,11,13, ….31 bits,
permitirá una velocidad de 10 a 2 Mbs promedio. El
código ortogonal permite incrementar los bits por
símbolo, si son 8 códigos ortogonales en 31 partes y
si se incluye la polaridad, entonces es posible enviar 4 partes
por símbolo para incrementar la utilización del
espacio.

La canalización y señalización son
métodos que compiten entre sí por el uso de
códigos en el espacio del espectro expandido. Algunos de
los códigos de espacio pueden ser usados por la
canalización para eliminar problemas de
superposición.

El espectro expandido puede proporcionar una
reducción del "Desvanecimiento" rayleigh, y una
disminución en la interferencia a la señal para que
el mensaje sea transmitido satisfactoriamente, lo cual
significa que se reduce el factor de Reuso.

Para una comunicación directa entre estaciones de
un grupo, cuando no existe la infraestructura, una frecuencia
común debe ser alternada para transmisión y
recepción. La activación, en la transmisión no
controlada, por grupos independientes dentro de una área
con infraestructura definida, puede reducir substancialmente la
capacidad de organización del sistema.

2.7 .-eficiencia del tiempo,

El tiempo es importante para poder maximizar el
servicio, al momento de diseñar la frecuencia en el
espacio. El uso del tiempo está determinado por los
protocolos y por los métodos de acceso que regularmente
usen los canales de transmisión de la
estación.

Las características del método de acceso
para que se considere que tiene un tiempo eficiente, pueden
estar limitada por los métodos que sean utilizados.
Algunas de estas características son:

1.- Después de completar una transmisión/
recepción, la comunicación debe de estar disponible
para su siguiente uso.

a.- No debe de haber tiempos fijos entre la
transmisión-recepción.

b.- Rellenar la longitud de un mensaje para
complementar el espacio, es desperdiciarlo.

2.- La densidad de distribución geográfica
y tiempo irregular de la demanda del tráfico
deben ser conocidas.

a.- Un factor de Reuso, es más eficiente por
un uso secuencial del tiempo que por una división
geográfica del área.

b.- Para la comunicación en una área, se
debe de considerar la posibilidad de que en áreas
cercanas existan otras comunicaciones.

c.- La dirección del tráfico desde y
hacia la estación no es igual, el uso de un canal
simple de transmisión y recepción da una ventaja
en el uso del tiempo.

3.- Para tráfico abundante, se debe de tener
una "lista de espera" en la que se manejen por prioridades:
"El primero en llegar, es el primero en salir", además
de poder modificar las prioridades.

4.- Establecer funciones para usar todo el
ancho de banda del canal de comunicación, para que el
tiempo que exista entre el comienzo de la transmisión y
la disponibilidad de la comunicación, sea lo más
corto posible.

5.- El uso de un "saludo inicial" minimiza tiempos
perdidos, en el caso de que los paquetes transferidos no
lleguen correctamente; cuando los paquetes traen consigo una
descripción del
servicio que requieren, hacen posible que se mejore su
organización.

6.- La conexión para mensajes debe ser más
eficiente que la selección,
particularmente al primer intento, sin embargo la
selección puede ser eficiente en un segundo intento
cuando la lista de las estaciones a seleccionar sea
corta.

Para transacciones de tipo asincrona, es deseable
completar la transacción inicial antes de comenzar la
siguiente. Deben completarse en el menor tiempo posible. El
tiempo requerido para una transacción de gran tamaño
es un parámetro importante para el sistema, que afecta la
capacidad del administrador de control para encontrar
tiempos reservados con retardos, como hay un tiempo fijo
permitido para la propagación, el siguiente paso debe
comenzar cuando termina el actual. El control del tráfico
de datos en ambas direcciones, se realiza en el administrador
de control.

2.8.- limite de la longitud del paquete y su
tiempo.

Cuando el paquete es más pequeño, la
proporción del tiempo usado al accesar el canal, es mayor,
aunque la carga pueda ser pequeña para algunas funciones,
la transferencia y descarga de archivos son mejor administrados
cuando la longitud del paquete es de buen tamaño, para
minizar el tiempo de transferencia.

En paquetes grandes, se incrementa la posibilidad de
que el paquete tenga errores en el envío, en sistemas de
radio el tamaño aproximado ideal es de 512 octetos o menos
, un paquete con una longitud de 100-600 octetos puede permitir
la salida oportuna de respuestas y datagramas prioritarios
junto con los datagramas normales.

Es necesario de proveer formas para dividir los
paquetes en segmentos dentro de las redes inalámbricas.
Para un protocolo propuesto, el promedio de mensajes
transferidos, es mayor para el tráfico originado por el
"saludo inicial", que el originado por el punto de acceso. En
este promedio se incluyen campos de dirección de red y
otras funciones que son agregadas por el protocolo usado y no
por el sistema de radio.

El mensaje más largo permitido para superar un
retardo de acceso de 1.8. m seg. y
un factor de Reuso de 4, utiliza menos de 600 m seg. Un mensaje de 600 octetos utiliza 400
m seg. a una velocidad de
transmisión de 12 Mbs, los 200 m seg. que sobran pueden ser usados para
solicitar requerimiento pendientes. El tiempo marcado para un
grupo de Reuso de 4 puede ser de 2,400 m seg. Este tiempo total puede ser uniforme,
entre grupos comunes y juntos, con 4 puntos de acceso. sin
embargo la repartición del tiempo entre ellos será
según la demanda.

Las computadoras necesitan varios anchos de banda
dependiendo del servicio a utilizar, transmisiones de datos, de
vídeo y voz de voz, etc. La opción es, si:

1.- El medio físico puede multiplexar de tal
manera que un paquete sea un conjunto de
servicios.

2.- El tiempo y prioridad es reservado para el
paquete y los paquetes relacionados con el, la parte alta de
la capa MAC es multiplexada.

La capacidad de compartir el tiempo de estos dos tipos
de servicios ha incrementado la ventaja de optimizar la
frecuencia en el espacio y los requerimientos para armar un
sistema.

Capítulo III

RED DE ÁREA
LOCAL ethernet HIBRIDA
(coaxial/infrarrojo)

3.1.- INTRODUCCIÓN

Las ventajas de las Redes de Area Local
Inalámbricas (LAN´s) sobre las cableadas son:
flexibilidad en la localización de la estación,
fácil instalación y menores tiempos en la
reconfiguración.

Las tecnologías para las LAN´s
inalámbricas son dos: Infrarrojas y Radio Frecuencia. El
grupo IEEE 802.11 esta desarrollando normas para LAN´s
inalámbricas. Ellos planean introducir una nueva subcapa
de Control De Acceso al Medio (MAC) que tenga capacidad de
accesar varios medios de transmisión y
que tenga un rango aceptable para los requerimientos del
usuario. No es fácil para el grupo tratar de rehusar
alguna de las subcapas MAC existentes. Por dos razones
principales:

1.- El rango de requerimientos de usuario impiden el
soporte simultáneo de estaciones fijas, moviles y
estaciones vehiculares.

2.- El permitir múltiples medio de
transmisión, especialmente en la tecnología de
radio frecuencia, el cual requiere de complicadas estrategias para cubrir la
variación del tiempo en el canal de
transmisión.

Así las LAN´s inalámbricas,
únicamente son compatibles con las LAN´s cableadas
existentes (incluyendo Ethernet) en la Subcapa de Control de
Enlaces Lógicos (LLC). Sin embargo por restricciones, el
rango de aplicaciones de éstas requieren estaciones fijas
y por reordenamiento, para la tecnología infrarroja, es
posible rehusar cualquiera de las Subcapas MAC.

Se propondrán algunas soluciones para la introducción de
células infrarrojas
dentro de redes Ethernet existentes (10Base5 ó 10base2).
Se incluirá la presentación de la topología de LAN
híbrida y los nuevos componentes requeridos para
soportarla. Las LANs híbridas permitirán una evolución de las redes
LANs IEEE 802.11. La relación entre las LAN híbridas
y sus parientes IEEE 802.3 se presenta en la Fig.
3.1.

FIG 3.1

3.2.- DESCRIPCIÓN DE ETHERNET

Ethernet es una topología de red que basa su
operación en el protocolo MAC CSMA/CD. En una
implementación "Ethernet CSMA/CD", una estación con
un paquete listo para enviar, retarda la transmisión hasta
que "sense" o verifique que el medio por el cual se va ha
trasmitir, se encuentre libre o desocupado. Después de
comenzar la transmisión existe un tiempo muy corto en el
que una colisión puede ocurrir, este es el tiempo
requerido por las estaciones de la red para "sensar" en el
medio de transmisión el paquete enviado. En una
colisión las estaciones dejan de transmitir, esperan un
tiempo aleatorio y entonces vuelven a sensar el medio de
transmisión para determinar si ya se encuentra
desocupado.

Una correcta operación, requiere que las
colisiones sean detectadas antes de que la transmisión sea
detenida y también que la longitud de un paquete
colisionado no exceda la longitud del paquete. Estos
requerimientos de coordinación son el
factor limitante del espacio de la red. En un cableado Ethernet
el medio coaxial es partido en segmentos, se permite un
máximo de 5 segmentos entre 2 estaciones. De esos
segmentos únicamente 3 pueden ser coaxiales, los otros 2
deben de tener un enlace punto-a-punto. Los segmentos coaxiales
son conectados por medio de repetidores, un máximo de 4
repetidores pueden ser instalados entre 2 estaciones. La
longitud máxima de cada segmento es:

1.- 500 mts para 10Base5

2.-185 mts para l0Base2.

La función del repetidor es regenerar y
retransmitir las señales que viajen
entre diferentes segmentos, y detectar colisiones.

3.3.- MODOS DE RADIACIÓN
INFRArROJoS

Las estaciones con tecnología infrarroja pueden
usar tres modos diferentes de radiación para
intercambiar la energía Optica entre
transmisores-receptores: punto-a-punto cuasi-difuso y difuso
(Fig. 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3).

FIG 3.2.1

FIG 3.2.2

FIG 3.2.3

En el modo punto-a-punto los patrones de
radiación del emisor y del receptor deben de estar lo
más cerca posible, para que su alineación sea
correcta. Como resultado, el modo punto-a-punto requiere una
línea-de-vista entre las dos estaciones a comunicarse.
Este modo es usado para la implementación de redes
Inalámbricas Infrarrojas Token-Ring. El "Ring" físico
es construido por el enlace inalámbrico individual
punto-a-punto conectado a cada estación.

A diferencia del modo punto-a-punto, el modo
cuasi-difuso y difuso son de emisión radial, o sea que
cuando una estación emite una señal Optica, ésta
puede ser recibida por todas las estaciones al mismo tiempo en
la célula. En el modo
cuasi–difuso las estaciones se comunican entre si, por
medio de superficies reflejantes . No es necesaria la
línea-de-vista entre dos estaciones, pero si deben de
estarlo con la superficie de reflexión. Además es
recomendable que las estaciones estén cerca de la
superficie de reflexión, esta puede ser pasiva ó
activa. En las células basadas en reflexión
pasiva, el reflector debe de tener altas propiedades
reflectivas y dispersivas, mientras que en las basadas en
reflexión activa se requiere de un dispositivo de
salida reflexivo, conocido como satélite, que amplifica la
señal óptica. La reflexión pasiva
requiere más energía, por parte de las estaciones,
pero es más flexible de usar.

En el modo difuso, el poder de salida de la señal
óptica de una estación, debe ser suficiente para
llenar completamente el total del cuarto, mediante
múltiples reflexiones, en paredes y obstáculos del
cuarto. Por lo tanto la línea-de-vista no es necesaria y
la estación se puede orientar hacia cualquier lado. El
modo difuso es el más flexible, en términos de
localización y posición de la estación, sin
embargo esta flexibilidad esta a costa de excesivas emisiones
ópticas.

Por otro lado la transmisión punto-a-punto es el
que menor poder óptico consume, pero no debe de haber
obstáculos entre las dos estaciones. En la topología
de Ethernet se puede usar el enlace punto-a-punto, pero
el retardo producido por el acceso al punto óptico de cada
estación es muy representativo en el rendimiento de la
red. Es más recomendable y más fácil de
implementar el modo de radiación cuasi-difuso. La
tecnología infrarroja esta disponible para soportar el
ancho de banda de Ethernet, ambas reflexiones son soportadas
(por satélites y reflexiones
pasivas).

3.4.- TOPOLOGÍA Y COMPONENTES DE UNA LAN
HÍBRIDA

En el proceso de definición
de una Red Inalámbrica Ethernet debe de olvidar la
existencia del cable, debido a que los componentes y
diseños son completamente nuevos. Respecto al CSMA/CD los
procedimientos de la subcapa
MAC usa valores ya definidos para garantizar la compatibilidad
con la capa MAC. La máxima compatibilidad con las redes
Ethernet cableadas es, que se mantiene la segmentación.

Además la células de infrarrojos requieren
de conexiones cableadas para la comunicación entre
sí. La radiación infrarroja no puede penetrar
obstáculos opacos. Una LAN híbrida
(Infrarrojos/Coaxial) no observa la estructura de
segmentación de la Ethernet cableada pero toma ventaja de
estos segmentos para interconectar diferentes células
infrarrojas.

La convivencia de estaciones cableadas e
inalámbricas en el mismo segmento es posible y
células infrarrojas localizadas en diferentes segmentos
pueden comunicarse por medio de un repetidor Ethernet
tradicional. La LAN Ethernet híbrida es representada en la
Fig. 3.3 donde se incluyen células basadas en ambas
reflexiones pasiva y de satélite.

FIG 3.3.

En comparación con los componentes de una
Ethernet cableada (Por ejemplo MAU´S, Repetidores), 2
nuevos componentes son requeridos para soportar la Red
híbrida. Un componente para adaptar la estación al
medio óptico, la Unidad Adaptadora al Medio Infrarrojo
(IRMAU), descendiente del MAU coaxial, y otro componente para
el puente del nivel físico, del coaxial al óptico, la
Unidad Convertidora al Medio (MCU), descendiente del repetidor
Ethernet. La operación de estos componentes es diferente
para las células basadas en reflexión activa
(satélite) y las de reflexión pasiva.

3.5.- RANGO DINÁMICO EN REDES ÓPTICAS
CSMA/CD

En las redes ópticas CSMA/CD el proceso de
detección de colisión puede ser minimizado por el
rango dinámico del medio óptico. El nivel del poder
de recepción óptico en una estación puede variar
con la posición de la estación; y existe la
probabilidad de que una colisión sea considerada como una
transmisión fuerte y consecuentemente no sea detectada
como colisión. El confundir colisiones disminuye la
efectividad de la red. Mientras el rango dinámico
incremente y el porcentaje de detección de colisión
tienda a cero, se tenderá al protocolo de CSMA.

En las redes inalámbricas infrarrojas basadas en
modos de radiación cuasi-difuso, el rango dinámico
puede ser menor en las células basadas en satélites
que en las basadas en reflexión pasiva. En las
células basadas en satélites, el rango dinámico
puede reducirse por la correcta orientación de
receptores/emisores que forman la interface óptica del
Satélite. En una célula basada en reflexión
pasiva el rango dinámico es principalmente determinado por
las propiedades de difusión de la superficie
reflexiva.

3.6.- OPERACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL
IRMAU

La operación de IRMAU es muy similar al MAU
coaxial. Unicamente el PMA (Conexión al Medio Físico
).y el MDI (Interfase Dependiente del Medio) son diferentes fig
3.4. El IRMAU debe de tener las siguientes funciones
:

Recepción con Convertidor
Optico-a-Eléctrico.

Transmisión con Convertidor
Eléctrico-a-Optico

Detección y resolución de
colisiones.

El IRMAU es compatible con las estaciones Ethernet en
la Unidad de Acoplamiento de la Interfase. (AUI). Esto permite
utilizar tarjetas Ethernet ya
existentes. Para las estaciones inalámbricas no es
necesario permitir una longitud de cable de 50 mts., como en
Ethernet. La longitud máxima del cable transreceptor debe
estar a pocos metros (3 como máximo). Esto será
suficiente para soportar las separaciones físicas entre
estaciones e IRMAU con la ventaja de reducir considerablemente
los niveles de distorsión y propagación que son
generados por el cable transreceptor. Los IRMAUs basados en
células de satélite ó reflexión pasiva
difieren en el nivel de poder óptico de emisión y en
la implementación del método de detección de
colisiones.

FIG 3.4

3.7.- CARACTERÍSTICAS Y OPERACIÓN del
MCU

La operación de MCU es similar a la del repetidor
coaxial. Las funciones de detección de colisión,
regeneración, regulación y reformateo se siguen
realizando, aunque algunos procedimientos han sido
rediseñados. La Fig. 3.5 representa el modelo del
MCU.

FIG 3.5

La operación de células basadas en
reflexión activa o de satélites es:

– Cuando un paquete es recibido en la Interfase
coaxial, el satélite lo repite únicamente en la
interfase óptica.

– Cuando un paquete es recibido en la interfase
óptica, el satélite lo repite en ambas interfaces,
en la óptica y en la coaxial.

– Cuando la interfase óptica está
recibiendo, y una colisión es detectada en alguna de las
dos interfaces, la óptica o la coaxial, el satélite
reemplaza la señal que debería de transmitir, por
un patrón CP (Colisión Presente), el satélite
continua enviando la señal CP hasta que no sense
actividad en la interfase óptica. Ninguna acción es tomada en
la interfase coaxial, y por lo tanto se continuará
repitiendo el paquete recibido colisionado a la interfase
óptica.

– El satélite no hace nada cuando la
colisión detectada es de la interfase coaxial mientras
la célula no está transmitiendo a las estaciones,
el paquete colisionado puede ser descargado por la
estación, en el conocimiento de que es
muy pequeño.

– A diferencia del repetidor, el satélite no
bloquea el segmento coaxial, cuando una colisión es
detectada en la interfase coaxial. La colisión puede ser
detectada por todos los satélites conectados al mismo
segmento y una señal excesiva circulará por el
cable.

Las funciones básicas de un satélite son
:

Conversión
óptica-a-électrica

Conversión
électrica-a-óptica

Reflexión
óptica-a-óptica

Regulación, regeneración y reformateo de
la señal

Detección de Colisión y generación
de la señal CP.

El MCU de tierra opera como
sigue:

– Cuando una señal es recibida en la interfase
coaxial, a diferencia del satélite, la señal no es
repetida en la interfase óptica (no hay reflexión
óptica).

– Cuando la señal es recibida por la interfase
coaxial del MCU terrestre, la repite a la interfase
óptica. En este caso, un contador es activado para
prevenir que la reflexión de la señal recibida en
la interfase óptica sea enviada de nuevo a la interfase
coaxial. Durante este periodo los circuitos de
detección de colisión, en la interfase óptica,
quedan activas, porque es en este momento en el que una
colisión puede ocurrir.

– Cuando una colisión es detectada en la
interfase óptica, el MCU terrestre envía una
señal JAM para informar de la colisión.

– Como en el caso del satélite, el MCU
terrestre nunca bloquea al segmento coaxial.

Las funciones básicas de un MCU terrestre
son:

Conversión
óptica-a-électrica

Conversión
eléctrica-a-óptica

Regulación, regeneración y formateo de la
señal

Detección de colisión y generación de
la señal JAM.

3.8.- CONFIGURACIÓN DE una red ETHERNETH
HÍBRIDA.

Los nuevos componentes imponen restricciones a la
máxima extensión física de la red, como se
mencionó un Ethernet coaxial puede tener un máximo de
5 segmentos (3 coaxiales) y 4 repetidores entre 2 estaciones.
La Ethernet híbrida debe de respetar estas
reglas.

Ahora un MCU será como un repetidor coaxial al
momento de la definición de la red, con funciones
similares. Algunas restricciones resultan de este factor, dado
que la transformación de un paquete entre dos estaciones
inalámbricas de diferentes células, se
transportará a través de dos MCUs, por ejemplo, si se
requiere que 3 segmentos deban de soportar células
infrarrojas (segmentos híbridos), entonces el enlace
punto-a-punto no puede ser utilizado entre estos
segmentos.

La extensión máxima de una red híbrida
se obtiene cuando un segmento es híbrido. En la Fig. 3.6
se muestra 1 segmento híbrido + 2 enlaces punto-a-punto +
1 segmento no híbrido, conectados por 3 repetidores
coaxiales.

Fig 3.6

Partes: 1, 2

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