Diseño de un algoritmo para la selección de un punto de acceso en una red inalámbrica 802 11

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INFORMÁTICA. “DISEÑO DE UN ALGORITMO PARA LA SELECCIÓN DE UN PUNTO DE ACCESO EN UNA RED INALÁMBRICA 802.11”.. B. IB. LI O. TE. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO INFORMÁTICO. AUTORES:. Bach. Abanto Quispe, Juan Manuel Bach. Valdez Sampértiga, José Luis ASESOR:. Ing. Mendoza Torres, Edwin Ms.. TRUJILLO-PERÚ 2013. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. DEDICATORIA. A Dios:. S. Por habernos permitido llegar hasta este. SI C. A. punto con salud para lograr nuestros. bien.. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. objetivos y guiarnos en el camino del. A nuestros padres:. Por creer en nosotros dando ejemplos de superación y entrega, porque en gran parte gracias a ustedes, hoy estamos un paso mas cerca de alcanzar nuestros. LI O. TE. sueños.. IB. A nuestros familiares:. B. Por brindarnos su apoyo incondicional e incentivaros a seguir siempre adelante.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página I. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. SI C. A. S. AGRADECIMIENTO. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. A nuestros docentes quienes supieron guiar nuestra formación académica, por todo el tiempo y paciencia empleados para hacer posible el desarrollo del presente trabajo.. A nuestros amigos por su apoyo incondicional y por alentarnos para seguir adelante; y a todas las personas quienes directa e indirectamente brindaron su apoyo para hacer posible la realización de este trabajo.. B. IB. LI O. TE. Los autores.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página II. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. Resumen Hoy en día, desde que los dispositivos de red inalámbricos son capaces de encontrar más de un punto de acceso (AP) en las redes inalámbricas locales, se supone que deberíamos elegir el punto de acceso que brinde la mejor performance acorde al. A. S. tipo de uso que el usuario necesita.. SI C. Actualmente, para seleccionar el punto de acceso apropiado, las computadoras utilizan la señal recibida más fuerte, la cual se le conoce como SSS por sus siglas en. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. inglés. Esto conduce a que haya una concentración de muchos nodos clientes conectados en las cercanías del AP, lo cual conduce a que el rendimiento de la red disminuya. Sin embargo puede haber algunos AP’s que se encuentren cerca de nuestra ubicación y que están en estado ocioso.. En el presente trabajo, proponemos un algoritmo para la selección de puntos de acceso sobre redes 802.11 tomando en cuenta el throughput el cual es obtenido desde un servidor específico sobre internet (no sólo el throughput de un nodo al AP). Este algoritmo reduce el impacto negativo de un nodo con bajo throughput hacia el resto de nodos. Además verificamos el resultado de nuestro algoritmo en algunos escenarios simulados para demostrar la importancia de medir el throughput de una conexión a. B. IB. LI O. TE. internet y reducción de la influencia negativa de un nodo.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página III. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. Abstract. Nowadays, since devices can find more than one access point (AP) in wireless local area networks (WLANs), we are supposed to choose the access point which tends. S. to provide the best performance based on the kind of usage for which it is specified.. A. Currently, in order to select the most appropriate AP, computers utilize the. SI C. received signal strength which is referred to as the Signal Strength Strategy (SSS). But this leads to the concentration of many nodes on the nearest AP; as a consequence, the. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. throughput of the network decreases. However, there may be some APs at a nearby location which were still in the idle mode.. In this paper, we have proposed an algorithm for the access point selection by taking into account the throughput which is achieved from the specific servers over the Internet (not just the throughput of the node to an AP). This algorithm was aimed at reducing the negative impact of the low throughput of one node on the others. Moreover, we check our algorithm in some simulated scenarios in order to demonstrate the importance of measuring the throughput of the Internet connection and the reduction. B. IB. LI O. TE. of the negative influence from a node.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página IV. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. INDICE GENERAL. DEDICATORIA .............................................................................................................. I. S. AGRADECIMIENTOS ................................................................................................ II. A. RESUMEN .................................................................................................................... III. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. ABSTRACT .................................................................................................................. IV. CONTENIDO I.. GENERALIDADES ........................................................................................1 1.1. TITULO ............................................................................................................2 1.2. PERSONAL INVESTIGADOR .......................................................................2 1.2.1. Autores ..........................................................................................................2 1.2.2. Asesores .........................................................................................................2 1.3.. TIPO DE INVESTIGACION .........................................................................2. 1.3.1. De acuerdo al fin que persigue ......................................................................2 1.3.2. De acuerdo al diseño de contrastación ..........................................................2 1.3.3. De acuerdo al lugar y los recursos .................................................................2 1.4.. LOCALIDAD E INSTITUCIÓN ...................................................................2. TE. 1.4.1. Localidad donde se desarrollará el proyecto .................................................2. LI O. 1.4.2. Institución a la que pertenece el proyecto .....................................................2. B. IB. II.. 2.1.. PLAN DE INVESTIGACION ......................................................................3 EL PROBLEMA ............................................................................................4. 2.1.1. Realidad Problemática ...................................................................................4 2.1.2. Características de la Realidad Problemática .................................................5 2.2.. ANTECEDENTES DEL PROYECTO ..........................................................5. 2.3.. JUSTIFICACIÓN ...........................................................................................7. 2.4.. FORMULACION DEL PROBLEMA ...........................................................7. 2.5.. HIPÓTESIS ....................................................................................................8. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página V. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 2.6.. VARIABLES ..................................................................................................8. 2.7.. OBJETIVOS ...................................................................................................8. 2.7.1. General...........................................................................................................8 2.7.2. Específicos .....................................................................................................8 2.8.. METODOLOGÍA DE ESTUDIO ..................................................................9. S. 2.8.1. Tipo de Investigación ....................................................................................9 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ...................................................................9. III.. MARCO TEÓRICO ....................................................................................11. 3.1.. HISTORIA DE LAS REDES WIFI .............................................................12. 3.2.. EL ESTANDAR IEEE 802.11 .....................................................................13. 3.3.. COMPONENTES DE LA ARQUITECTURA IEEE 802.11 ......................13. 3.4.. MODOS DE OPERACIÓN DEL IEEE 802.11 ...........................................15. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. 2.9.. 3.4.1. Redes ad-hoc o IBSS ...................................................................................15 3.4.2. Redes de infraestructura ..............................................................................16 3.5.. CAPAS DEL IEEE 802.11 ...........................................................................17. 3.5.1. Capa Física del estándar 802.11 ..................................................................17 3.5.2. Capa de Enlace del estándar 802.11 ............................................................21 3.6.. SERVICIOS IEEE 802.11 ............................................................................26. 3.6.1. Servicios a nivel de distribución..................................................................26 3.6.2. Servicios a nivel de estación........................................................................27 ESTANDARES IEEE 802.11 ......................................................................28. TE. 3.7.. 3.7.1. 802.11 Legacy .............................................................................................28. LI O. 3.7.2. 802.11a (1999) ............................................................................................29. B. IB. 3.7.3. 802.11b (1999) ...........................................................................................29 3.7.4. 802.11g (2003) ...........................................................................................30 3.7.5. 802.11n ........................................................................................................30 3.7.6. Resumen de los estándares IEEE 802.11.....................................................32 3.7.7. Otros estándares ...........................................................................................33. 3.8.. DISPOSITIVOS INALÁMBRICOS ............................................................34. 3.8.1. Puntos de Acceso .........................................................................................34 3.8.2. Tarjetas de Interface de Red Inalámbrica ....................................................37 IV.. DESARROLLO ...........................................................................................38. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página VI. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. 4.1.. Escuela de Informática. REDES INALAMBRICAS EN LA ACTUALIDAD ..................................39. 4.1.1. Estado actual de las redes inalámbricas .......................................................39 4.1.2. Importancia de las redes inalámbricas en la actualidad ...............................39 4.1.3. Consideraciones importantes en la selección de un punto de acceso ..........40 4.2.. DISEÑO DEL ALGORITMO DE SELECCIÓN DE PUNTOS DE. S. ACCESO ......................................................................................................41. A. 4.2.1. Problemas Importantes en la selección de un punto de acceso ...................41. 4.3.. SI C. 4.2.2. Solución a los problemas empleando nuestro algoritmo .............................42 DISEÑO DEL ALGORITMO DE SELECCIÓN DE UN PUNTO DE. 4.4.. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. ACCESO ......................................................................................................43 PRUEBAS DEL ALGORITMO PROPUESTO ..........................................46. 4.4.1. Primer Escenario..........................................................................................46 4.4.2. Segundo Escenario ......................................................................................48 4.4.3. Tercer Escenario ..........................................................................................50 V.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................53 CONCLUSIONES .........................................................................................54 RECOMENDACIONES ...............................................................................56. VI.. REFERENCIAS Y ANEXOS .....................................................................57. TE. REFERENCIAS ............................................................................................58. B. IB. LI O. ANEXOS .......................................................................................................60. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página VII. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. INDICE DE FIGURAS. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Figura 1: Logo de certificación Wi-Fi......................................................................................... 12 Figura 2: Conjunto de Servicios Básicos BSS ............................................................................ 13 Figura 3: Conjunto de Servicios Básicos Independientes IBSS .................................................. 14 Figura 4: Conjunto de Servicio Extendido (ESS) y el Sistema de Distribución (DS) ................ 15 Figura 5: Redes ad-hoc ó IBSS ................................................................................................... 16 Figura 6: Redes de infraestructura .............................................................................................. 16 Figura 7: Capas del IEEE 802.11 ................................................................................................ 17 Figura 8: Capa física del estándar 802.11 ................................................................................... 18 Figura 9: Formato de la trama PLCP para FHSS ........................................................................ 19 Figura 10: Formato de la trama PLCP para DSSS ...................................................................... 20 Figura 11: Formato de trama Short preamble/header .................................................................. 21 Figura 12: Inter Frame Spacing................................................................................................... 22 Figura 13: Problema de los Nodos ocultos y Nodos Expuestos .................................................. 23 Figura 14: RTS , CTS y ACKs .................................................................................................... 24 Figura 15: Ráfaga de fragmentos ................................................................................................ 25 Figura 16: Protocolo PCF............................................................................................................ 26 Figura 17: Proceso “roaming” formado entre tres Puntos de Acceso ......................................... 35 Figura 18: Topología del primer escenario ................................................................................. 47 Figura 19: Throughput obtenido por la STA postulante cuando se conecta a AP2..................... 47 Figura 20: Throughput obtenido por la STA postulante cuando se conecta a AP1..................... 48 Figura 21: Topología de segundo escenario ................................................................................ 49 Figura 22: Throughput obtenido antes(BTP) y despues(ATP) que la STA sea conectada a AP1 ..................................................................................................................................................... 49 Figura 23: Throughput obtenido antes(BTP) y después(ATP) que la STA sea conectada a AP2 ..................................................................................................................................................... 50 Figura 24: Topología del tercer escenario ................................................................................... 51 Figura 25: Throughput obtenido por STA antes (ATP) y después (BTP) de conectarse a AP1 . 51 Figura 26: Throughput obtenido por STA antes (ATP) y después (BTP) de conectarse a AP2 . 52. INDICE DE TABLAS. Tabla 1: Modulaciones soportadas por estándares IEEE 802.11 ................................................ 18 Tabla 2: Resumen de los estándares IEEE 802.11 ...................................................................... 32 Tabla 3: Tipos de Atenuación ..................................................................................................... 36 Tabla 4: Flujograma del algoritmo propuesto ............................................................................. 45 Tabla 5: Resultados del segundo escenario ................................................................................. 50 Tabla 6: Resultados del tercer escenario ..................................................................................... 52. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11 Página VIII. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. B. IB. LI O. TE. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página IX. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. CAPÍTULO I. B. IB. LI O. TE. GENERALIDADES. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 1.1. TITULO: “DISEÑO DE UN ALGORITMO PARA LA SELECCIÓN DE UN PUNTO DE ACCESO, EN UNA RED INALÁMBRICA 802.11”.  Valdez Sampértiga, José Luis. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. 1.2.2. Asesor:. A.  Abanto Quispe, Juan Manuel. SI C. 1.2.1. Autores:. S. 1.2. PERSONAL INVESTIGADOR:.  Ing. Mendoza Torres, Edwin Raul Ms.. 1.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN:. 1.3.1. De acuerdo al fin que persigue: Aplicada.. 1.3.2. De acuerdo al diseño de contrastación: Experimental.. 1.3.3. De acuerdo al lugar y los recursos: Documental.. 1.4. LOCALIDAD E INSTITUCIÓN:. TE. 1.4.1. Localidad donde se desarrollara el Proyecto. B. IB. LI O. Lugar. :. Región :. Universidad Nacional de Trujillo. La Libertad. 1.4.2. Institución a la que pertenece el proyecto  Universidad Nacional de Trujillo: Facultad de Ciencias. Físicas y. Matemáticas.  Departamento: Informática.  Escuela Académico Profesional: Informática.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. CAPÍTULO II PLAN DE. B. IB. LI O. TE. INVESTIGACION. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 2.1. EL PROBLEMA 2.1.1. Realidad Problemática Dada la gran masificación de las redes inalámbricas a nivel mundial, se presentan nuevos problemas y retos en este ámbito, que van desde la necesidad de. S. nuevos protocolos de comunicación hasta problemas de seguridad.. A. Uno de los problemas que más se acentúan, tanto en redes inalámbricas. SI C. domésticas o empresariales, es la degradación del servicio que se brinda a través de estas redes, hecho que se produce por diversos motivos. Entre estos motivos. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. encontramos a la saturación de una determinada red a través de sus Puntos de acceso (en adelante AP).. La saturación se produce principalmente por el mal criterio que se aplica en la selección de un AP para realizar la conexión inalámbrica. El encargado de realizar dicha selección es el algoritmo de RSSI (Received Signal Strength Indication), algoritmo muy limitado que evalúa solamente la fuerza o intensidad de señal, dejando de lado otros parámetros fundamentales a la hora de determinar una red que nos brinde calidad en la comunicación inalámbrica.. Si no consideramos factores como la cantidad de clientes conectados o la relación señal-ruido, un AP atenderá a más clientes de los que puede, brindando. TE. una mala calidad en la conexión.. LI O. Ante este problema nacen las interrogantes:. B. IB. ¿Cómo evitamos que una estación cliente (en adelante STA) se conecte a una red ya saturada o con mala calidad de comunicación? ¿Cómo puede saber la STA cuál es el AP que brinda la mejor calidad de comunicación? El proyecto de tesis que desarrollaremos busca resolver éstas interrogantes, proponiendo un algoritmo distinto al de RSSI, evaluando otros parámetros de suma importancia a la hora de determinar qué red nos brinda una comunicación de calidad acorde con nuestras necesidades.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 2.1.2. Características de la Realidad Problemática . La STA se conecta al AP con mayor intensidad de señal, ignorando la calidad de comunicación que éste brinda. Sobrecarga de clientes en los AP.. . Disminución de la calidad de comunicación, de todas las STA’s asociadas a. S. . Se ignora cuál será el impacto en la red elegida, después de habernos conectado a ésta.. SI C. . A. un AP sobrecargado.. Mal manejo de las celdas de cobertura de los puntos de acceso. . Al momento de la petición de conexión solo se tiene en cuenta el nivel de. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. . intensidad de la señal siendo esta información muy pobre para elegir el mejor AP.. 2.2. ANTECEDENTES DEL PROYECTO:. Con respecto al trabajo de graduación propuesto, se encontró referencias en: “A New Access Point Selection Policy for Multi-Rate IEEE 802.11 WLANs” [1] Los autores Murad Abusubaih y Sven Wiethoelter en International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems - Advances in Wireless Networks en. TE. Agosto 2008, proponen en primer lugar cómo obtener una métrica nueva que puede ser utilizada para la selección de AP. Debido al uso de este indicador se proponen dos. LI O. nuevos mecanismos de selección. Uno de ellos indica que, inicialmente la STA se conecta a un Punto de Acceso, intenta maximizar el throughput obtenido, y a la vez. IB. reducir el impacto en las estaciones ya conectadas, haciendo esto para cada Punto de. B. Acceso disponible. Toma la decisión en base al throughput obtenido, el impacto de. conectarse en una red en los demás nodos, y la relación señal ruido. Una modificación de este mecanismo, indica un slot de tiempo, en el que se re evalúa el entorno, en busca de nuevos Puntos de Acceso, con mejores condiciones de conexión.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. “Un Algoritmo de selección de Celda de Acceso para entornos de comunicaciones móviles de próxima generación” [2] El algoritmo propuesto por Juan Guerrero Ibañez y Antonio Barba Martí en IEEE Latin America Transactions, Junio 2008, plantea el uso de terminales, conectados a través de múltiples interfaces de acceso, con el fin de obtener la calidad de servicio. S. adecuada, acorde con la percepción del usuario.. A. Considera un algoritmo basado en cinco componentes: la actividad del usuario,. de acceso y una función costo.. SI C. los requerimientos del servicio, las preferencias del usuario, las condiciones de la celda. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. La actividad del usuario empleará un registro denominado Perfil de Conexión de Usuario. Las categoría de servicio, serán las definidas por el 3GPP. La función costo se evalúa para cada celda disponible de acuerdo al servicio solicitado y perfil de usuario. “A Strategy for Best Access Point Selection” [3]. Los autores V. Ghini., Ferretti, F. Panzieri en Proceedings of Wireless Days,Octubre 2010, proponen el desarrollo de una arquitectura cross-layer, que permite, que una aplicación, corra en un nodo multi-conectado, para explotar la concurrencia de múltiples interfaces de red en este nodo, y así garantizar la continuidad y maximizar el rendimiento de las comunicaciones.. La estrategia sugerida, tiene como características principales, la tolerancia a las desconexiones temporales con el Punto de acceso, asegurar el suficiente ancho de. TE. banda, y limitar el consumo de energía en las estaciones de transmisión móvil. El módulo encargado de seleccionar el mejor Punto de acceso, es capaz de hacerlo. LI O. dinámicamente, analizando la fuerza de la señal, junto a otras métricas como la carga de. IB. tráfico, y la interferencia de canal.. B. “The Need for Cross-Layer Information in Access Point Selection Algorithms”[4] El trabajo propuesto por Karthikeyan Sundaresan, Konstantina Papagiannaki en Proceedings of the 6th ACM SIGCOMM conference on Internet measurement Octubre. 2006, muestra cómo evitar, que un punto de Acceso se sobrecargue, debido a que, las estaciones se conectan evaluando la fuerza de la señal. Identifica aspectos importantes en la selección de un punto de acceso, como son: la capacidad del Punto de acceso, en presencia de interferencia de otros dispositivos 802.11, El tiempo promedio, que un Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. Punto de acceso, tarda para atender a las estaciones conectadas, y, la calidad del enlace, entre el Punto de acceso y un nuevo cliente, el indicador de la fuerza de la señal recibida. El tiempo que tarda el Punto de acceso, para brindar una unidad de información a cada usuario, varia, de acuerdo a cuan saturado esté, y al tráfico de descarga.. S. La capacidad del Punto de acceso, comprende dos diferentes métricas: la. . C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. 2.3. JUSTIFICACIÓN. SI C. medio, en presencia de otros dispositivos 802.11.. A. capacidad nominal, y la fracción de tiempo que tarda el Punto de Acceso, en acceder al. Científica. El trabajo propuesto pretende ser de mucha utilidad para las investigaciones futuras en el campo de redes inalámbricas, permitiendo el desarrollo de nuevos algoritmos para una mejor selección de AP y una consecuente mejora en la calidad de la comunicación. . Académica. Incentivar a la investigación en redes inalámbricas y los protocolos IEEE 802.11 en la Escuela de informática y en Universidades, dado que las investigaciones en esta área. TE. están poco desarrolladas en nuestro país y dado el crecimiento de las redes inalámbricas, es necesario un mayor conocimiento para una mejor administración y desarrollo de. LI O. éstas.. Empresarial. B. IB. . Mejorar la administración de los recursos de red de la empresa, disminuyendo la sobrecarga en determinados puntos de acceso, lo que se ve reflejado en una mejora de la comunicación obteniendo mayor provecho de su infraestructura de red. 2.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cómo seleccionar un Punto de Acceso que nos brinde una adecuada calidad de comunicación según nuestras necesidades? Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 2.5. HIPOTESIS “El Diseño de un Algoritmo de Selección, permitirá acceder eficazmente, a un Punto de Acceso” 2.6. VARIABLES. A. S. Variable Independiente:. SI C. La variable independiente es el Algoritmo de Selección de AP porque es generado a partir del conocimiento abstracto y tiene existencia propia; este algoritmo será. dependiente.. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. manipulado por los investigadores y será el que tenga efecto sobre la variable. Variable Dependiente:. La variable dependiente es la Selección de Punto de Acceso. porque es. determinada y condicionada por el Algoritmo diseñado para este propósito, ya que el grado de perfeccionamiento del algoritmo será el que tenga impacto directo en la adecuada selección de Punto de Acceso.. 2.7. OBJETIVOS. 2.7.1. General:. Diseñar un algoritmo para la selección de un punto de acceso en una red. TE. inalámbrica 802.11.. . Analizar el funcionamiento de una red inalámbrica 802.11.. . Describir los distintos factores que afectan una comunicación inalámbrica.. . Describir los problemas más comunes que encontramos en una red. B. IB. LI O. 2.7.2. Específicos:. inalámbrica. . Estudiar, analizar y describir el proceso de selección de un AP dentro de una red inalámbrica.. . Proponer un algoritmo alternativo para la selección de un AP.. . Analizar nuestra propuesta en diversos escenarios.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 2.8. METODOLOGÍA DE ESTUDIO: 2.8.1. Tipo de Investigación:. De Acuerdo al fin que persigue  Aplicada, porque con esta investigación se busca reforzar los conocimientos. De Acuerdo al diseño de contrastación. A. Experimental, porque se diseñará un experimento probando, todo lo que se. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. . SI C. ponerlos en práctica.. S. teóricos en el campo de las redes inalámbricas, y todos estos conocimientos. plantee en el trabajo, que se desarrollará.. De Acuerdo al lugar y los recursos.  Documental, porque esta investigación será realizada en base a la consulta de libros, revistas, artículos.. 2.9. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN 2.9.1. Métodos y Técnicas: . Método:. Inductivo. Metodología:. TE. . LI O. La metodología a seguir para hallar solución al problema es la siguiente:. B. IB.  Entender el funcionamiento de las redes inalámbricas, basadas en 802.11.  Estudiar la base teórica, de los métodos de radio frecuencia y del uso del espectro.  Estudiar la base teórica de las tres primeras capas del modelo OSI.  Entender las limitaciones que poseen los dispositivos 802.11 para procesar la información.  Estudiar los algoritmos actuales, para la selección de AP, ventajas y desventajas de estos.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática.  Estudiar métodos novedosos, que servirán para la selección del mejor AP, ventajas y desventajas.  Estudiar conceptos relativos a la calidad de servicio, brindada en una red inalámbrica.  Diseñar un algoritmo de selección tomando como referencia otros, para el. A SI C.  Modelo Experimental:. S. mismo fin.. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Se aplicara el modelo experimental, pues el presente trabajo tiene criterios fundamentales de dicho modelo. . Validaciones:. Las validaciones se harán haciendo un análisis del Algoritmo de selección de AP para la red inalámbrica y realizando pruebas experimentales para encontrar los riesgos, tasas de error, y desventajas que éste presenta.. Se realizarán pruebas en diversos casos, acorde con distintos valores de las. B. IB. LI O. TE. variables correspondientes dentro de la comunicación inalámbrica.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. CAPÍTULO III. B. IB. LI O. TE. MARCO TEÓRICO. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 3.1. HISTORIA DE LAS REDES WIFI Nokia y Symbol Technologies crearon en 1999 una asociación conocida como WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance, Alianza de Compatibilidad Ethernet Inalámbrica). Esta asociación pasó a denominarse Wi-Fi Alliance en 2003. El. S. objetivo de la misma fue crear una marca que permitiese fomentar más fácilmente la. SI C. A. tecnología inalámbrica y asegurar la compatibilidad de equipos.. De esta forma, en abril de 2000 WECA certifica la interoperabilidad de equipos según la norma IEEE 802.11b, bajo la marca Wi-Fi. Esto quiere decir que el usuario. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. tiene la garantía de que todos los equipos que tengan el sello Wi-Fi pueden trabajar juntos sin problemas, independientemente del fabricante de cada uno de ellos. Se puede obtener un listado completo de equipos que tienen la certificación Wi-Fi Alliance Certified Products.. En el año 2002 la asociación WECA estaba formada ya por casi 150 miembros en su totalidad.. La norma IEEE 802.11 fue diseñada para sustituir el equivalente a las capas físicas y MAC de la norma 802.3 (Ethernet). Esto quiere decir que en lo único que se diferencia una red Wi-Fi de una red Ethernet es en cómo se transmiten las tramas o paquetes de datos; el resto es idéntico. Por tanto, una red local inalámbrica 802.11 es. TE. completamente compatible con todos los servicios de las redes locales (LAN) de cable. B. IB. LI O. 802.3 (Ethernet). En la figura 1 se muestra el logo de certificación Wi-Fi.. Figura 1: Logo de certificación Wi-Fi. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 3.2. EL ESTÁNDAR IEEE 802.11 El estándar 802.11 es oficialmente designado como "IEEE Standard for WLAN MAC and PHY Specifications" y se encarga de definir los protocolos necesarios para soportar redes inalámbricas en un área local.. S. En este estándar solamente se establecen las especificaciones tanto a nivel de capa. A. física como a nivel de capa MAC, que hay que tener en cuenta a la hora de implementar. SI C. una red de área local inalámbrica y no aborda los modos o tecnologías a usar para la implementación final; esto tiene como finalidad permitir y facilitar la compatibilidad. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. entre distintos fabricantes de dispositivos 802.11.. Actualmente el término 802.11 se refiere a toda una familia de protocolos dentro del cual se tienen el 802.11, 802.11 b, 802.11 a, 802.11g y otros.. 3.3. COMPONENTES DE LA ARQUITECTURA IEEE 802.11. Las redes WLAN según el estándar IEEE 802.11 se encuentran basadas en una arquitectura celular, donde el sistema está dividido en celdas; a cada celda se la conoce con el nombre de BSS (Basic Service Set; Conjunto de Servicio Básico), el cual está formado por dos o más estaciones y es controlado por una estación base, conocido como AP (Access Point; Punto de Acceso).En la Figura 2 nos muestra el Conjunto de. B. IB. LI O. TE. Servicios Básicos BSS con un punto de acceso como estación de trabajo.. Figura 2: Conjunto de Servicios Básicos BSS. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. Cuando dos o más estaciones se comunican directamente entre sí, sin la necesidad de un punto de acceso, forman lo que se denomina un IBSS (Independent Basic Service Set; Conjunto de Servicio Básico Independiente). En la Figura 3 nos muestra el. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Conjunto de Servicios Básicos Independientes IBSS.. Figura 3: Conjunto de Servicios Básicos Independientes IBSS. Aunque una WLAN puede formarse por una sola celda y un solo punto de acceso, muchas instalaciones requieren más de un punto de acceso para lograr la cobertura deseada; estos puntos de acceso se unen entre sí a través de un backbone2 que puede ser cableado o inalámbrico y se denomina DS (Distribution System; Sistema de Distribución).. TE. Al conjunto de BSSs interconectadas entre sí, se les denomina ESS (Extended Service Set; Conjunto de Servicio Extendido). El estándar también define el concepto de. LI O. portal; un portal es un dispositivo que interconecta una red WLAN con una LAN cableada. Este dispositivo es similar a un bridge o puente y por lo general suele estar. IB. incluido en las funcionalidades del punto de acceso, aunque el estándar no lo especifica.. B. La figura 4 permite apreciar el Conjunto de Servicio Extendido (ESS) y el Sistema de Distribución (DS). Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 14. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Figura 4: Conjunto de Servicio Extendido (ESS) y el Sistema de Distribución (DS). 3.4. MODOS DE OPERACIÓN DEL IEEE 802.11. Dentro de las redes inalámbricas, cuando se describe topologías no se hace referencia a las disposiciones estáticas de los dispositivos en ubicaciones específicas, sino a las reglas básicas que utilizan para comunicarse, es ésta la razón de que el término más común es configuraciones y no topologías.. Dos principales modos de operación que se tienen en una red inalámbrica 802.11: 3.4.1. Redes ad-hoc ó IBSS. Un dispositivo funcionando en modo ad-hoc puede comunicarse. TE. directamente con otro sin necesidad de un punto de acceso. Utilizar este modo de operación es análogo a una red “peer to peer” de oficina, en la cual no existe una. LI O. estación que debe operar como server. En este tipo de red existen un número de. B. IB. nodos o estaciones inalámbricas que se comunican unas con otras “ad-hoc”. construyendo una topología de tipo full mesh. Habitualmente se utiliza por ejemplo cuando se desea conectar dos PC para compartir el acceso a Internet de una de las PC sin utilizar un punto de acceso. En la figura 5 vemos cómo funcionan las Redes ad-hoc ó IBSS.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Figura 5: Redes ad-hoc ó IBSS. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. 3.4.2. Redes de infraestructura. Es el modo de funcionamiento más común. Una computadora o un dispositivo específico (el caso más usual) actúan como punto de acceso y los clientes inalámbricos se conectan a la red mediante el punto de acceso. La administración de los puntos de acceso se realiza usualmente mediante una interface web.. En la mayoría de las redes corporativas, las estaciones requieren acceso a servicios de red cableadas y por esa razón deben hacer uso de este tipo de topologías, donde el punto de acceso se encuentra conectado a la red corporativa (vía una red cableada) y actúa como nexo entre las estaciones inalámbricas y la. B. IB. LI O. TE. red tradicional. En la figura 6 como se ve la Redes de infraestructura. Figura 6: Redes de infraestructura. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 3.5. CAPAS DEL IEEE 802.11 Como todos los estándar 802.x, el 802.11 cubre la capa física y la capa de enlace o MAC. La capa de enlace o MAC, proporciona una interface única a los protocolos de capas superiores. MAC soporta funciones como la Fragmentación, Retransmisión y. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. Aceptación de paquetes. En la Figura 7 nos muestra las Capas del IEEE 802.11.. Figura 7: Capas del IEEE 802.11 [12]. 3.5.1. Capa Física del estándar 802.11. La capa física del estándar 802.11 es dividida en dos subcapas, la subcapa PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) y la subcapa PMD (Physical Medium Dependent).. TE. La subcapa PLCP es responsable de encapsular, MPDUs (MAC Protocol Data Units) de la capa MAC en tramas, que, serán transmitidas por la subcapa. LI O. PMD.. B. IB. La subcapa PMD es responsable de implementar el esquema de codificación. de transmisión. Las MPDUs son mapeadas a PSDUs (PLCP Service Data Units), que son a su vez, encapsuladas en PPDUs (PLCP Protocol Data Units). La figura 8 muestra la capa física del estándar 802.11.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Figura 8: Capa física del estándar 802.11 [13]. El estándar inicial 802.11 específica tres técnicas de modulación: FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e IR (Infra red).. FHSS y DSSS soportan velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps. HR/DSSS (High Rate DSSS) es introducido en 802.11, soportando velocidades de hasta 11 Mbps.. En lugar de espectro ensanchado, 802.11a y 802.11g usan OFDM (Orthogonal Frequency Division Mutiplexing), y son capaces de alcanzar velocidades de hasta 54 Mbps. 802.11n combina, OFDM con multiple-input multiple-output (MIMO). 802.11 puede obtener velocidades de transmisión de. B. IB. LI O. TE. 600 Mbps. La tabla 1 muestra los estándares y sus modulaciones.. Tabla 1: Modulaciones soportadas por estándares IEEE 802.11. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. A continuación se muestra el formato de la trama PLCP para FHSS en la. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. figura 9:. Figura 9: Formato de la trama PLCP para FHSS [13]. Los campos son descritos a continuación:. Sync: Secuencia alternada de unos y ceros.. SFD: Start Frame Delimiter. Marca el inicio de una PSDU usando el patrón de bits: 0000110010111101.. PLW: PSDU Length Word. El tamaño de una PSDU en octetos. PSF: PLCP Signalling Field. Especifica la velocidad de transmisión de la PSDU.. TE. HEC Header Check Error. El valor de comprobación de secuencia de la. LI O. trama, del transmisor.. A continuación se muestra el formato de la trama PLCP para DSSS en la. B. IB. figura 10:. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. Figura 10: Formato de la trama PLCP para DSSS [13]. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Los campos son descritos a continuación:. Sync: Secuencia alternada de unos y ceros.. SFD: Start Frame Delimiter. Este campo indica el inicio de los parámetros de la capa física, después del preámbulo.. Signal: Especifica la técnica de modulación usada, para 1 Mbps DPSK este campo es 10, y para 2 Mbps DQPSK es 20. En 802.11b, donde mayores velocidades de datos, son soportadas, este campo tiene un valor de 55 o 110 para 5.5 Mbps y 11 Mbps, respectivamente. Service: Reservado.. TE. Length: El tiempo de transmisión de una MPDU en microsegundos. CRC: Cyclic-Redundancy-Check. Emplea CRC-16, como comprobación de. LI O. secuencia de la trama.. B. IB. El estándar 802.11b introduce una nueva técnica de modulación llamada. “High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (HR/DSSS) que mejora las velocidades de transmisión”. En 802.11b, dos tipos de preámbulos y cabeceras son soportados “Long” y “Short”. “Long preamble/header” es el mismo empleado en DSSS para 1 y 2 Mbps, especificado en el estándar original, mientras que el formato de “Short preamble/header” es mostrado en la figura 11.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Escuela de Informática. SI C. A. S. Universidad Nacional de Trujillo. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. Figura 11: Formato de trama Short preamble/header [13]. El estándar 802.11a, introduce un nuevo esquema de modulación llamado OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDM no es exclusivo de 802.11, también es usado en otras tecnologías como HyperLAN/2, 802.16 (WIMAX), sistemas ADSL, etc.. Los dispositivos 802.11a pueden transmitir a velocidades de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Mbps, dependiendo del esquema de modulación y los códigos usados para protegerse ante errores.. 3.5.2. Capa de Enlace del estándar 802.11. TE. La Capa de Enlace se divide en dos subcapas, una de control de acceso al. LI O. medio (MAC) y una de enlace lógico (LLC), que es común para todos los. B. IB. estándares 802.X.. La Capa MAC define tres modos de acceso al medio:. DCF CSMA/CA (Distribution Coordination Function CSMA/CA): Es un protocol de acceso múltiple basado en CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Colision Avoidance). Se basa en los mismos principios que IEEE 802.3 CDMA/CD pero adaptados al medio del radio. Intenta resolver problemas como la movilidad de las estaciones, la variación de la calidad del enlace de radio y la aparición de terminales ocultos. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. Para el control de acceso al medio, emplea un mecanismo basado en prioridades, llamado IFS (Inter Frame Spacing). Consiste en una serie de pausas, en la que las estaciones no envían, y solo escuchan el medio. Después de que termine una transmisión, una estación puede acceder al medio, tras esperar un período de tiempo que depende del tipo de trama que espera a ser enviado, como. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. SI C. A. S. se muestra en la siguiente figura 12. Figura 12: Inter Frame Spacing[13]. Existen cuatro tipos distintos de tiempo de espera, con cuatro niveles de prioridad:. SIFS (Short IFS): Máxima prioridad reservada para ACKs, CTS. PIFS (Point Coordination Function IFS): Prioridad media, reservado para servicios que emplean el modo consulta de PCF.. TE. DIFS (Distributed Coordination Function IFS): Prioridad baja, para servicios de datos asíncronos.. LI O. EIFS (Extended IFS): IFS de duración larga, empleada cuando una estación. no ha sido capaz de entender el campo de duración de la trama. Esto evita que la. B. IB. estación no detecte la siguiente trama.. CSMA/CA no garantiza que se eviten todas las colisiones, pero reduce el tiempo durante el cual pueden ocurrir las colisiones. En el momento en el que el canal ha estado libre un tiempo igual a DIFS, puede iniciarse la transmisión de la información. En este momento se inicia un período de contención, de duración aleatoria. Si al finalizar el período de espera el medio sigue libre, la estación comienza a transmitir. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. Además introduce el concepto de vector NAV (Network Allocation Vector). Se emplea para reservar el medio por un período de tiempo determinado. La mayor parte de las tramas poseen un campo reservado para NAV. Las estaciones que esperan a transmitir consultan el campo NAV hasta que posee un valor igual a. S. cero, entonces se considera que el medio está libre.. A. Debido al tiempo de propagación de un paquete, existe la posibilidad de que. SI C. dos estaciones comiencen a transmitir a la vez. Si se producen colisiones durante el período de contención, las estaciones emplean un mecanismo de “backoff”. Las. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. estaciones que han colisionado, seleccionan un nuevo valor de “backoff”, que incrementa el tamaño de la ventana de contención. Este valor crece en función del número de retransmisiones, hasta alcanzar un valor máximo. Además, sino se recibe el reconocimiento a una trama, también se aumenta la ventana de contención.. DCF con RTS/CTS: Es una extensión de CSMA/CA, empleada para resolver el problema de los terminales ocultos y terminales expuestos. Este. B. IB. LI O. TE. problema está representado en la figura 13:. Figura 13: Problema de los Nodos ocultos y Nodos Expuestos [14]. -. En el caso de (a) la estación C transmite a B, si A detecta el canal, no escuchará nada, y concluirá erróneamente, que ahora puede comenzar a transmitir hacia B.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. -. Escuela de Informática. En el caso de (b) la estación B desea transmitir a C, por lo que escucha el canal. Cuando escucha una transmisión, concluye erróneamente, que no debería transmitir a C, aunque A esté transmitiendo a D.. S. Además, la mayoría de los radios son semidúplex, lo que significa que no. A. pueden transmitir y escuchar ráfagas de ruido, al mismo tiempo, en una sola. SI C. frecuencia.. Para evitar este tipo de problemas, existe un mecanismo denominado. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. RTS/CTS (Request to Send – Clear to Send). Con él, cuando una estación necesita transmitir, envía primero un paquete de reserva CTS. Cuando el medio se encuentra libre, el punto de acceso, responde a este paquete con un CTS que indica que la estación puede transmitir. Es un proceso costoso, en términos de ancho de banda, y sólo se emplea en redes muy densas con paquetes muy largos, en los que, el coste de reenviar un paquete es muy elevado.. Figura 14: RTS , CTS y ACKs [13]. B. IB. LI O. TE. En la figura 14:. A decide enviar datos a B. A inicia enviándole una trama RTS a B, en la que le solicita permiso para enviarle una trama. Cuando B recibe esta solicitud, podría decidir otorgarle el permiso, en cuyo caso le regresa una trama CTS. Al recibir la CTS, A ahora envía su trama y comienza su temporizador de ACK. Al recibir Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. correctamente la trama de datos, B responde con una trama de ACK, con lo que termina el intercambio. Si el temporizador de ACK de A termina antes que el ACK regrese, todo el protocolo se ejecuta de nuevo. Ahora consideremos este intercambio desde el punto de vista desde C y D. C está dentro del alcance de A, por lo que podría recibir la trama RTS. Si pasa. S. esto, se da cuenta de que alguien va a enviar datos pronto, así que por el bien de. A. todos, desiste de transmitir cualquier cosa, hasta que el intercambio esté completo.. SI C. A partir de la información proporcionada, en la solicitud RTS, C puede estimar, cuánto tardará la secuencia, incluyendo el ACK final, por lo que impone, para sí. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. misma un tipo de canal virtual ocupado, indicado por NAV (Netwok Allocation Vector). D no escucha el RTS, pero si el CTS, por lo que también impone la señal NAV para sí misma. Observe que las señales NAV no se transmiten, simplemente son recordatorios internos para mantenerse en silencio, durante cierto período Para solucionar el problema de los canales ruidosos, 802.11 permite dividir las tramas en fragmentos, cada uno con su propia suma de verificación. Cada fragmento se numera de manera individual, y su recepción se confirma utilizando un protocolo de parada y espera (es decir, el emisor podría no transmitir fragmentos de k+1 hasta que haya recibido la confirmación de recepción del fragmento k). Una vez se ha adquirido el canal mediante RTS y CTS, pueden enviarse múltiples fragmentos en una fila. La secuencia de fragmentos se conoce. B. IB. LI O. TE. como ráfaga de fragmentos y se muestra en la figura 15.. Figura 15: Ráfaga de fragmentos [13]. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. La fragmentación incrementa la velocidad real de transporte restringiendo las retransmisiones a los fragmentos erróneos, en lugar de la trama completa. El tamaño del fragmento no lo fija el estándar, pero es un parámetro de cada celda y la estación base puede ajustarlo. El mecanismo NAV mantiene a otras estaciones. S. en silencio, solo hasta la siguiente confirmación de recepción.. A. PCF (Point Coordination Function): Protocolo de acceso para redes. SI C. 802.11 operando en modo infraestructura. Permite garantizar la provisión de servicios sin contención, mediante un control de acceso centralizado, en el que se. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. definen dos períodos, uno libre de contenciones (CFP) y uno sujeto a contención (CP) que se alternan con el tiempo.. El punto de acceso (que es el punto de coordinación, PC) reúne a todos los nodos, y les va dando acceso según una lista. Para ello, el coordinador, durante el período CFP posee una prioridad mayor (PIFS) sobre las estaciones. Un período CFP y CP forman una supertrama. Una supertrama siempre comienza con una trama de beacon que se emplea para el mantenimiento de los relojes locales en las estaciones y contiene parámetros propios del protocolo. En el período CFP, el esquema de DCF es empleado para el control de acceso al medio. La figura 16. B. IB. LI O. TE. muestra la supertrama del protocolo PCF [12].. Figura 16: Protocolo PCF [13]. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. Escuela de Informática. 3.6. SERVICIOS IEEE 802.11 [12] IEEE 802.11 ofrece 9 tipos de servicios, 5 a nivel de distribución, y 4 a nivel de estación. S. 3.6.1. Servicios a nivel de distribución. Asociación: Establece la asociación inicial entre una estación y un AP en un. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. . SI C. siguientes:. A. Los servicios que ofrece IEEE 802.11 a nivel de distribución son los. determinado BSS para que pueda comunicarse. . Disociación: Elimina la asociación, un AP o una estación notifica que una asociación ha terminado.. . Reasociación: Permite transferir una asociación existente de un AP a otro, permitiendo también que una estación se mueva de un BSS a otro.. . Distribución: Ingreso al sistema de distribución DS, permitiendo la. TE. comunicación entre estaciones de diferentes BSS's conectados al mismo DS.. Integración: Intercambio de información entre una red Wi-Fi y otras redes. LI O. . B. IB. conectadas a ella.. 3.6.2. Servicios a nivel de estación. Los servicios que ofrece IEEE 802.11 a nivel de estación son los siguientes: . Autenticación: Establece la identidad de las estaciones, y autoriza la asociación. Previo a la asociación entre una estación y un AP se requiere que la autenticación sea mutuamente aceptable y exitosa.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación - UNT. Universidad Nacional de Trujillo. . Escuela de Informática. Desautenticación: Se utiliza cuando una autenticación existente debe terminarse. Es una notificación irrechazable.. . Privacidad: Asegura la confidencialidad de los datos transmitidos,. . A. SI C. destinatario previsto. El uso de encriptación es opcional.. S. protegiendo la lectura del contenido de las tramas a quien no sea el. Entrega de Datos: Fragmenta y ensambla los paquetes de la subcapa LLC. C Y A M DE A TE C I M EN Á C TI IA C S A S FÍ. para su paso a la capa física.. 3.7. ESTÁNDARES IEEE 802.11. Existen diversos estándares de la norma IEEE 802.11 aprobados. A continuación se resumen los que se han considerado más relevantes:. 3.7.1. 802.11 Legacy[12]. La versión original del estándar IEEE 802.11 publicada en 1997 define el uso de CSMA/CA (Múltiple acceso por detección de portadora evitando colisiones) como método de acceso al medio y especifica dos velocidades de transmisión teóricas de 1 y 2 Mbit/s que se transmiten por señales infrarrojas (IR), las cuales siguen siendo parte del estándar, si bien no hay implementaciones. LI O. TE. disponibles. Todo esto a una frecuencia de 2,4GHz.. 3.7.2. 802.11a (1999) [12]. B. IB. En 1999 el IEEE publica el estándar 802.11a, apareciendo en el mercado los. primeros productos compatibles con la norma hacia el año 2001. La norma 802.11a utiliza la banda de los 5GHz, esto le hace más resistente a interferencias producidas por otros aparatos domésticos como hornos microondas, dispositivos Bluetooth. Sin embargo, la utilización de esta banda también tiene sus desventajas, dado que restringe el uso de los equipos 802.11a a únicamente puntos en línea de vista, con lo que se hace necesario la instalación de un mayor número de puntos de acceso.. Diseño de un Algoritmo, para la Selección de un Punto de Acceso en una Red Inalámbrica 802.11. Página 28. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.