Lo que debes de saber acerca de los protocolos inalámbricos.

Muchas ocaciones escuchamos acerca de los protocolos inalámbricos que sí A, que sí B,  que si  G, pero… sabemos que es lo que significa? Cuál es más estable? Cuál es más rápido? Cuál debería de utilizar? Pues en este post tratare de explicar las características y diferencias entre ellos.

Comencemos por le principio, el primero estándar surgió en el año 1997 y en el mundo se dio a conocer como IEEE Std 802.11-1997, esté ha sido revisado y ratificado a través de los años, la ultima revisión fue hace tres años y se dio a conocer como IEEE 802.11-2016. El protocolo explica cómo opera la comunicación inalámbrica en la capa fí­sica y en la sub-capa MAC perteneciente a la capa de enlace de datos del modelo OSI. Habí­a dos grupos de trabajo, uno en cada una de las capas, y el grupo qué trabajo en la capa física, definía tres especificaciones:

  1. Infrarojo: La tecnología infrarroja (IR) utiliza un medio basado en la luz. Si bien se definió un medio infrarrojo en el estándar 802.11 original, desde entonces ha quedado en desuso y se ha eliminado del estándar 802.11-2016.
  2. Frequency-Hopping Spread-Spectrum: Las señales de radiofrecuencia se pueden definir como señales de banda estrecha o como señales de espectro expandido. Se considera que una señal de espectro expandido es cuándo el ancho de banda es más ancho que el requerido para transportar los datos. El espectro expandido de salto de frecuencia (FHSS) es una tecnologí­a de espectro expandido que fue patentada por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial. El salto de frecuencia 802.11 ha sido desaprobado y eliminado del estándar 802.11-2016.
  3. Direct-Sequence Spread-Spectrum: El espectro expandido de secuencia directa (DSSS) es otra tecnología de espectro expandido que utiliza canales fijos.

Es importante saber cómo funciona estas dos especificaciones ya que los siguientes protocolos utilizan alguno de estos métodos, así que, echemos un vistazo rápido.

Frequency-Hopping Spread-Spectrum:

La banda inalámbrica se dividió mas o menos en 79 canales, y cada canal media un 1 MHz de ancho. Para evitar la interferencia de banda estrecha, donde una señal de interferencia afectaría solo a unos pocos canales a la vez, las transmisiones tendrían que “saltar” continuamente entre las frecuencias en toda la banda. Esto se conoce como espectro expandido de salto de frecuencia (FHSS).

La figura muestra un ejemplo de cómo funciona la técnica FHSS, donde la secuencia comienza en el canal 2, luego se mueve a los canales 25, 64, 10, 45, etc. El salto entre canales tiene que ocurrir a intervalos regulares para que el transmisor y el receptor puedan permanecer sincronizados. Además, el orden de salto se debe establecer de antemano para que el receptor siempre pueda sintonizar la frecuencia correcta en uso en cualquier momento. La gran limitante de este método fue el ancho de banda del canal ya que era muy poca la información que cada canal podía soportar. La velocidad maxima que se podia alcanzar con este método era 1 Mbps y 2 Mbps.

Direct-Sequence Spread Spectrum

La banda se divide en pocos canales y ahora estos son fijos y mucho mas anchos que en FHSS, para ser específicos el ancho de banda de canal es de 22MHz. En la banda de 2.4GHz se definieron 14 canales de los cuales solo 3 no sufren un overlap de frecuencias, adivinan cuales son? Pues sí, acá es donde se origina la utilización de los canales 1, 6 y 11. Ahora bien, es importante saber que la especificación original de DSSS también ofrecía velocidades idénticas a FHSS. Una actualización de este método llamada HR-DSSS el cual fue ratificado en conjunto con el siguiente protocolo que veremos 8011b fue el que permitió utilizar velocidades de hasta 11Mbps.

802.11a

Durante el mismo año en que se aprobó el estándar 802.11b, otro estándar importante también se ratificó y publicó como IEEE Std 802.11a-1999. Este protocolo opera de forma exclusiva en la banda de 5GHz y utiliza un método de modulación llamada Orthogonal Frequency-Division. Los dispositivos que operan en esta radio frecuencia utilizaban de forma inicial 3 bandas llamadas Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII). Una de las grandes ventajas de utilizar la banda de 5GHz es que esta se encontraba menos ocupada que la de 2.4GHz, ya que otros dispositivos operan en esta misma banda tales como; hornos de microonda, teléfonos inalámbricos y dispositivos Bluetooth. 

Con el paso del tiempo esta banda también se ha poblado de forma importante, sin embargo, hace algún tiempo un nuevo estándar 802.11h permitió la apertura de más canales. Originalmente se podia utilizar 12 canales, ahora, con la apertura de los nuevos canales del estándar 802.11h permite la utilización de 23 canales. En ultimas actualizaciones se han abierto dos canales más y ahora existen 25 canales disponibles.

El método de modulación permite alcanzar data rates de hasta 54Mbps. Los dispositivos con radio 5GHz no pueden comunicarse con dispositivos 802.11, 802.11b y 802.11g y las razones son bastantes simples, el método de modulación es muy diferente, es decir, los dispositivos legacy, b, y g no entienden este proceso y por último operan en bandas diferentes. Importante mencionar que en aquellos tiempo, la primera ratificación del protocolo 80211a aunque fue en el mismo año que 802.11 b el mercado y dispositivos finales no estaban listo para este estándar, es por ello que en la vida comercial empezamos a utilizar este proctoolo muchos años después.

802.11b

Como lo platicamos, el protocolo 802.11b llegó en conjunto con un método de modulación llamado Hight Rate-DSSS, el cual permitió lograr el objetivo principal de este protocolo, el cual era, lograr velocidades mayores al protocolo original 802.11, quien lograba velocidad de 1 Mbps y 2 Mbps.

Los dispositivos 802.11b son compatibles con los antiguos equipos legacy 802.11 que utilizaban DSSS pero no lo son con los dispositivos 802.11 legacy que utilizan FHSS. En aquellos años las velocidades obtenidas de 5.5 Mbps y 11 Mbps, fueron conocidos como velocidad HR-DSSS.

Todos los dispositivos 802.11b operan en la frecuencia de los 2.4 GHz hasta los 2.4835 GHz.

802.11g

En el año 2003 un nuevo estándar fue ratificado por la IEEE, el protocolo 802.11g trajo consigo nuevos métodos de modulación, en este caso Extended Rate Physical (ERP) el objetivo de este protocolo al igual que 802.11b, era obtener data rates mayores, para cumplir con este objetivo el estándar definió dos tipos de comunicación:

  • ERP-OFDM
  • ERP-DSSS

La comunicación ERP-OFDM se utilizó para lograr velocidades mayores a las obtenidas previamente por el estándar antecesor 802.11b, las velocidad que se obtuvieron lograr fueron 6, 9, 12, 18, 24, 36 y 54 Mbps.

Para mantener la compatibilidad con los dispositivos 802.11 (solo con equipos DSSS) y con dispositivos 802.11b,  se utiliza el método de comunicación ERP-DSSS. Ahora bien, para ser más específicos el método de comunicación utilizado en la capa física para mantener la compatibilidad se llama Extended Rate Physical DSSS/CCK. Con este mecanismo los equipos 802.11g soportaron los rate de 1, 2, 5.5 y 11 Mbps.

Todos los dispositivos 802.11g operan en la frecuencia de los 2.4 GHz hasta los 2.4835 GHz.

802.11n

Llego el año 2009 y con él otro estándar más, 802.11n el cual comenzó con la revolución de las redes inalámbricas, este protocolo continuo utilizando OFDM pero con grandes cambios los cuales se listan a continuación.

  1. Transmisión en la banda de 2.4 GHz y 5 GHz.
  2. Utilización de agrupaciones de canales de hasta 40 MHz.
  3. Se agrego un Feature llamado Multiple Input Multiple Output (MIMO).
  4. Introducción de método de transmisión llamado Hight Throughput.

Antes de la llegada de 802.11n los dispositivos solo contaban con un radio para transmitir y recibir datos, a esto se le llama single chain, también conocido como single input single output (SISO). Los dispositivos 802.11n incorporaron mas de un radio, tanto para la transmisión como para la recepción. Algunas vez ha escuchado que un router inalámbrico es 3×2, 3×3 ? Bueno, a lo que se refiere el primer número se refiere a la cantidad de radios de transmisión mientras que el segundo numero hace referencia al número de radios de recepción.

La velocidad teórica alcanzada por los dispositivos 802.11n es de 600 Mbps.

 

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