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Tecnología de redes para sistemas móviles

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Academic year: 2023

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MÉCANICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACÁN

TESIS

TECNOLOGÍAS DE REDES PARA SISTEMAS MOVILES

QUE COMO PRUEBA ESCRITA DE SU EXAMEN PROFESIONAL PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA PRESENTA:

HÉCTOR GARCÍA DÁVILA

MÉXICO D.F. SEPTIEMBRE DEL 2008.

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO 1

FUNDAMENTOS DE REDES INALÁMBRICAS

1.1 Red inalámbrica basada en paquetes 2

1.2 IP inalámbrico: un modelo conceptual 3

1.2.1 Componentes funcionales 3

1.2.1.1 Plano de acceso al radio 3

1.3.1 Componentes funcionales 4

1.3.1.2 Plano del núcleo de la red 5

1.3.1.3 Plano de servicios del usuario final 6

1.3.2 Funcionalidad del servicio de la red 6

1.4 Migración ordenada: Implementación por fases de la red de Comunicaciones inalámbricas de Internet 8

1.4.1 Implementación de la fase uno de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet 9

1.4.2 Implementación de la segunda fase de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet 11

1.4.3 Implementación de la tercera fase de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet 12

1.4.4 Tiempo total para la implementación por fases 13

1.5 Topologías WLAN Básicas. 14

1.5.1 Topología de infraestructura. 15

1.5.2 Topología de igual a igual. 17

1.5.3 Topología de infraestructura extendida. 18

1.6 Dispositivos inalámbricos. 19

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CAPÍTULO 2

ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN Y PROTOCOLOS

2.1 Transmisión inalámbrica. 21

2.1.1 Transmisión Inalámbrica de Banda Ancha. 21

2.1.2 Espectro electromagnético 22

2.1.3 Radiofrecuencia 24

2.1.4 Transmisión por microondas. 25

2.1.5 Ondas infrarrojas y milimétricas. 26

2.1.6 Transmisión por ondas de luz. 26

2.1.7 Antenas. 27

2.1.8 Interconexión de sistemas. 30

2.2 ¿Qué es el protocolo de aplicaciones inalámbricas? 34

2.3 Componentes de la arquitectura WAP 36

2.3.1 Capa de Aplicación (WAE Wireless Application Environment ó Entorno Inalámbrico de Aplicación) 37

2.3.2 Capa de Sesión (WSP Wireless Session Protocol ó Protocolo Inalámbrico de Sesión) 37

2.3.3 Capa de Transacciones (WTP Wireless Transaction Protocoló Protocolo Inalámbrico de Transacción.) 38

2.3.4 Capa de Seguridad (WTLS Wireless Transport Layer Security ó Capa Inalámbrica de Seguridad de Transporte) 38

2.3.5 Capa de Transporte (WDP Wireless Datagram Protocol ó Protocolo Inalámbrico de Datagramas) 39

2.4 El entorno inalámbrico de aplicaciones 40

2.5 El protocolo inalámbrico de sesión 42

2.6 El protocolo inalámbrico de transacción 44

2.7 La capa inalámbrica de seguridad de transporte 48

2.8 El protocolo inalámbrico de datagramas 50

2.9 Estándares y protocolos para redes WLAN. 53

2.9.1 Estándares de Seguridad. 54

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CAPÍTULO 3

TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS

3.1 Tecnologías inalámbricas. 58

3.2 Tecnología GPRS (GLOBAL PACKET RADIO SERVICE) 62 3.2.1 Características generales de GPRS 62

3.2.2 GSM: La base de GPRS 63

3.2.3 GPRS: La realidad inmediata 64

3.2.4 Calidad de servicio a nivel radio 66

3.2.5 Interfaz con otros nodos de la red GSM 66 3.2.6 Aplicaciones de datos. Evolución futura 67

3.2 Tecnología UMTS 70

3.3.1 Ventajas y desventajas del sistema UMTS 71

3.4 Tecnología IMT 2000 73

3.4.1 Características importantes del sistema celular IMT2000 74 3.4.2 Características de la terminal IMT 2000 74 3.4.3 ¿Qué nos puede deparar el futuro de las tecnologías móviles? 75

3.5.1 Handover en las redes inalámbricas 75

3.5.2 Micromovilidad o movilidad en el dominio interno 77 3.5.3 Macro movilidad o movilidad en dominios externos 78

CAPÍTULO 4.

SEGURIDAD DE LA INFORMACIÓN

4.1 Principios de la seguridad informática. 80 4.2 Conceptos básicos de la seguridad de la información. 83

4.3 Amenazas. 86

4.3.1 Tipos de amenazas. 87

CAPÍTULO 5

SEGURIDAD EN REDES INALÁMBRICAS

5.1 Controles de seguridad en redes WLAN. 93

5.2 Sistemas de seguridad en equipos. 94

5.2.1 Mecanismos de seguridad para una WLAN. 95

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5.2.2 Monitorización del equipo WLAN. 102

5.2.3 Analizadores de red (sniffers) 104

5.3 Amenazas y vulnerabilidades más comunes en redes WLAN. 104

5.3.1 Redes Abiertas. 104

5.3.2 Redes con Cifrado de Información. 109

5.4 Políticas de seguridad. 132

5.5 Elaboración de políticas de seguridad. 133

5.6 Revisión y auditoria de las políticas de seguridad. 136

5.6.1 Auditorias técnicas. 137

5.6.2 Implementación de redes WLAN seguras. 140

5.6.3 Selección de la infraestructura. 142

5.6.4 Configuraciones de Seguridad en Redes WLAN. 145

CONCLUSIONES 150

BIBLIOGRAFÍA 151

GLOSARIO 152

ÍNDICE DE TABLAS 157

ÍNDICE DE FIGURAS 158

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OBJETIVO

Con este trabajo se tiene por objeto presentar los retos de las nuevas tecnologías móviles emergentes que constituirán el entorno de despliegue de las futuras infraestructuras y servicios de telecomunicación en la actualidad y a futuro. Para ello se pretende mostrar las tecnologías que lideran el cambio tecnológico que se esta produciendo no solo debido a la tan esperada aparición de los sistemas móviles basados en nuevas aplicaciones sino también a la progresiva incorporación de tecnologías móviles en entornos domésticos y corporativos, dentro de la Internet Móvil. El trabajo mostrara una panorámica general tratando aspectos tecnológicos, fundamentos de los sistemas móviles, topologías, Protocolos y estándares de seguridad,

JUSTIFICACIÓN

En telecomunicaciones, el conocimiento de los sistemas móviles celulares, es de vital importancia debido a que es el segmento del mercado del servicio de telecomunicaciones de mayor crecimiento en la actualidad. Las fuerzas que han desencadenado este desarrollo son la tecnología, la regulación y la innovación estructural del sector. Desde el punto de vista tecnológico han aparecido nuevas innovaciones para los sistemas móviles

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INTRODUCCIÓN

Las necesidades de las comunicaciones están cambiando y como resultado la industria de las telecomunicaciones evoluciona rápidamente. En muchos lugares del mundo las comunicaciones móviles, las cuales representan una importante parte de las telecomunicaciones, están introduciendo una nueva era de alta calidad, capacidad elevada y radio digital móvil con prestaciones completas.

En la actualidad se está trabajando activamente en los sistemas móviles de nueva generación y los procesos de normalización están casi terminados. Los sistemas celulares y de telefonía inalámbrica, han ganado la aceptación del usuario y la asignación del espectro durante los últimos diez años; ellos han comenzado el proceso de la universalización pero aún les falta mucho camino por recorrer. Además, no debemos olvidar, que el fin o meta que persiguen las comunicaciones inalámbricas, es el de permitir al usuario el acceso a las capacidades de una red global (universal) en cualquier tiempo sin restricciones de localidad o movilidad.

Con la llegada de la telefonía inalámbrica digital, los sistemas de telefonía han alcanzado mayor funcionalidad y con su desarrollo pueden soportar altas de transmisión de datos y aplicaciones sofisticadas

Estos sistemas denominados de nueva generación proporcionan principalmente servicios multimedia y considerando la alta penetración y la rápida proliferación de la telefonía móvil y la creciente popularidad de Internet es que la mayoría del tráfico sea voz y acceso a Internet.

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CAPÍTULO 1

FUNDAMENTOS DE REDES INALÁMBRICAS

Las tecnologías de Internet y de IP se han extendido hasta abarcar la mayor parte de la industria en el mercado de las telecomunicaciones, y por lo tanto; la telefonía móvil, de ahí el interés de parte nuestra de enfocarnos en este tema en particular.

La evolución del Internet ha sido vertiginosa en los últimos años y su capacidad para incorporar nuevos servicios y características parece inagotable.

Las diferentes generaciones móviles se han preocupado por proporcionar la comunicaron inalámbrica a través de diferentes infraestructuras de red y protocolos inalámbricos apropiados para proporcionar una gama de servicios que el usuario solicita con la mayor calidad posible.

Para lograr este propósito los protocolos se tendrán que orientar a la aplicaron o el acceso a IP entre los sistemas móviles y las redes inalámbricas y de una convergencia con un lenguaje que permita la visualización de contenidos y servicios de Internet, directamente en la pantalla del dispositivo móvil de una forma sencilla y amigable.

Las futuras tecnologías inalámbricas ofrecerán alta calidad de servicio a una muy alta velocidad de transferencia a bajo costo, además de ofrecer características multimedia(navegador, cámara de video, altavoz para el uso de videoconferencias en tiempo real, etc.) así como de servicios de roaming internacional, lo cual permitirá la comunicaron con redes de comunicaciones externas (publicas o privadas) o internas del propio operador y permitir la movilidad en cualquier ambiente y en cualquier momento, accesando a los servicios de Internet sin ninguna dificultad tal como sucede en las redes fijas o alámbrica además de eliminar al máximo las perdidas de información al pasar a diferentes subdominios de red.

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El trabajo que se presenta pretende de alguna manera mostrar los aspectos más relevantes en cuanto a la tecnología de Internet en los sistemas móviles actuales y futuros.

1.1 Red inalámbrica basada en paquetes

La arquitectura de la siguiente generación será flexible, abierta y basada en estándares. Esto facilitar una migración flexible desde la actual tecnología jerárquica de circuitos conmutados de igual a igualo (peer to peer, los cuales tienen la característica, en la cual en ninguno de los nodos es el principal y por lo general todos los nodos poseen la misma autoridad sobre el canal), o redes de paquetes conmutados. Estas redes inalámbricas de un futuro no distante están disponibles para tomar ventaja de la verdadera tecnología peer to peer de comunicaciones IP para ofrecer mejor valor a los operadores de servicios y de igual forma a los usuarios finales.

Estas son las cuatro claves entregadas que las redes inalámbricas de IP deberán proveer:

• Una experiencia superior para el usuario final – La red deberá ser rentable en cuanto a los costos, fácil de usar y de dar rápido acceso a todos los servicios desde un dispositivo único o sencillo.

• Una migración ordenada de la red – Esta deberá de ser una migración suave, siguiendo desde los protocolos existentes de la red hasta la nueva red inalámbrica de IP, y la nueva red deberá de demostrar un mayor desarrollo.

• Reducir el tiempo de ciclo para las aplicaciones comerciales- La red deberá hacer aplicaciones de Internet para implementar en el mundo inalámbrico. Además, los servicios existentes se harán inmediatamente disponibles, mientras las nuevas aplicaciones podrían estar listas en el mundo inalámbrico al mismo tiempo o mas rápido que lo que ellos han habilitado a los usuarios de líneas alambricas.

• Reducir los costos de adquisición de los equipos – La nueva red deberá de hacer caso de los negocios para que el Internet inalámbrico sea alcanzable, particularmente para los operadores de Worldwide y los proveedores de servicios.

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1.2 IP inalámbrico: un modelo conceptual

El nuevo esquema es el modelo de la red inalámbrica basada en IP comenzándose a desarrollar conjuntamente por dos de las empresas líderes mundiales de comunicaciones:

una en industria de las comunicaciones inalámbricas y la otra en los negocios de las comunicaciones de Internet basadas en IP. Juntas, estas dos empresas están creando una red móvil inalámbrica IP que satisfacerá los requerimientos del mañana al proveer previamente oportunidades solo imaginadas.

Entre tales oportunidades esta la posibilidad de hacer de las líneas inalámbricas una parte integral del Internet - Bastante más de lo que otras tecnologías acceden.

El resultado de la arquitectura es diseñado para proveer funcionalidades más grandes a las redes inalámbricas al proveer el acoplo de los servicios de valor agregado con el desarrollo superior. Esta arquitectura esta constituida por los siguientes elementos

1.2.1 Componentes funcionales

La arquitectura define los siguientes tres planos de servicio que contienen los componentes funcionales específicos:

1.2.1.1 Plano de acceso al radio

Este contiene los elementos de la red funcional de radio acceso que trabajan juntos para proveer los accesos de la red a los suscriptores móviles sobre una interfase aérea. Como se puede ver en la figura 1.1; la red de acceso al radio (RAN, Radio Access Network) provee la transmisión básica, el radio control, y el manejo de las funciones necesarias para que los suscriptores móviles accesen a los recursos del núcleo de la red y la red de servicios de usuario final. Esto es que las redes de acceso que concluyan la interfase aérea a la estación móvil (MS, Mobile Station) y conviertan las tramas aéreas a formatos de paquetes para transportar trafico entre los suscriptores móviles o extiendan el alcance de los suscriptores móviles a otras RANs y redes externas. La topología de la red para provisionar al RAN es

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un elemento clave en términos de flexibilidad para las opciones del trayecto de respaldo desde la estación base transceptora (BTS, Base Transceiver Station) hasta incluir las opciones de ancho de banda que sean más altas que las actualmente desplegadas TI y El.

Además, dado que los índices del trayecto de respaldo TI y El requerirán soporte continuo en el futuro previsible, la elección del protocolo para respaldar el trayecto de transporte se vuelve un importante criterio para asegurar la máxima eficiencia sobre los enlaces de baja velocidad TI y El.

Figura 1.1 Arquitectura Detallada de la RED

1.3.1 Componentes funcionales

La arquitectura define los siguientes tres planos de servicio que contienen los componentes funcionales específicos:

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1.3.1.2 Plano del núcleo de la red

Este contiene los elementos funcionales de la red que trabajan conjuntamente para enlazar suscriptores con características de servicios y de interoperabilidad de gateways a redes externas tales como el Internet, La PSTN, el corporativo empresarial de intranet, y otras RANs. El núcleo de la red además proveerá la interfase hacia la administración de la red y conectará las RANs con manejo de movilidad, seguridad, y funciones de señalización. Para el despliegue de la red de tercera generación, el núcleo de la red será reconocido como la clave para que los operadores inversionistas aseguren una mayor posición competitiva para ofrecer una amplia variedad de servicios.

El núcleo de la red esta diseñado para ser accesado por tecnología independiente. El núcleo de la red ocupa IP para el control y el transporte. La red peer-to-peer es incrementada para usar tecnología cliente/servidor dentro de la red, presentada a los suscriptores móviles con un ambiente de red que ya es familiar por la experiencia con Internet. El núcleo de la red esta diseñado para promover el incremento al cambiarlo a paquetes con interfaces abiertas para proveer al operador la posibilidad para incrementar el sistema ofrecido. La red es una combinación única de funciones que influencia la individualidad impuesta por una red móvil con los conceptos probados de IP. El núcleo de la red esta diseñado con la idea de que un suscriptor activo pueda tener múltiples sesiones activas pero pueda no estar conectado físicamente, de esta manera permitir una conexión siempre.

El propósito de la arquitectura es de repetir el suceso de las interfaces abiertas encontradas en las redes alámbricas. Estos objetivos serán alcanzados a través de un núcleo y una arquitectura de red RAN que tenga influencia en los actuales estándares pero permita la posibilidad de extender nuevamente interfaces abiertas definidas para la nueva, movilidad orientada, servicios extremo a extremo (o end-to-end) que alcanzarán desde multimedia, vídeo móvil, visualizadores Web, y comercio electrónico.

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1.3.1.3 Plano de servicios del usuario final

Este plano gobierna una variedad de servicios que están disponibles para los suscriptores móviles basados en sus perfiles de acceso. Estos servicios pueden ser provistos por operadores y proveedores de servicios e incluir Internet además de contener redes privadas de valor agregado tales como las noticias y la información, videos y otro tipo de aplicaciones multimedia que pueden ser entregadas a los consumidores a través de los dispositivos inalámbricos de los suscriptores. La red de servicios de usuario final contiene funciones especificas y, cuando interoperán con funciones del núcleo de la red, los suscriptores móviles experimentarán la sensación de una red alámbrica con el valor agregado de estar completamente sin restricciones por las limitantes impuestas por la red alámbrica. Los servicios entregados a los subscriptores incluirán la esperada movilidad de voz incrementada por la expandida habilidad para ejecutar cualquier aplicación basada en IP transparentemente a los ojos de los subscriptores. Esta experiencia será incrementada siempre más allá con el despliegue de los nuevos servicios basados en IP específicamente diseñados para influenciar el concepto de movilidad.

Estos tres planos de arquitectura trabajan armoniosamente como una red en capaz para entregar un servicio completo end-to-end para los subscriptores móviles.

1.3.2 Funcionalidad del servicio de la red

La premisa fundamental manejando la nueva arquitectura de comunicaciones es la convergencia de datos y voz. Sin embargo, estas son diferencias básicas en la regulación tradicional y la;| entrega de estos servicios. En este modelo, el núcleo de la red juega un papel central al conectar un sin fin de servicios de Host para subscriptores a las redes de acceso.

La arquitectura permite servicios para manejar la funcionalidad y valor agregado de la red inalámbrica. El conjunto clave de las funciones comunes y los servicios básicos debe ser soportado para ofrecer un servicio viable. Este conjunto clave de funciones y servicios

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incluye la habilidad para que las terminales de los subscriptores puedan registrar, originar, recibir, mantener (por ejemplo, un handoff o Handover), y sesiones de datos y voz limpias a través de uno o más tipos diferentes de aplicaciones multimedia. Esto también incluye un conjunto inicial de servicios suplementarios que suman característica a las capacidades básicas de llamada. El conjunto servicios ofrecidos se expandirá tanto como los servicios de valor agregado, desarrollado por tres partes, y sumándose a la red a través de interfaces abiertas, como se verá más adelante en la figura 1.2.

El conjunto común de servicios permitidos por la arquitectura es como sigue:

• Servicios de paquetes -Este es el transporte de datos, proveyendo carga para servicios tales como voz y datos, esto facilita la entrega de los servicios inalámbricos. Los servicios IP incluyen el soporte transparente de las aplicaciones existentes EP y los nuevos servicios IP de valor agregado que específicamente influye en las ventajas de un ambiente móvil.

• Funciones comunes -Esta es la capa base de funciones, tales como el registro de llamadas y originación, que soporta todas las capaz subsecuentes de los servicios y sobre los cuales todas las otras capaz de funciones están basadas.

• Teleservicios -Estos son los servicios básicos entregados a los usuarios finales, tales como las llamadas de voz y las sesiones de datos.

• Servicios suplementarios -Este es el incremento de teleservicios, tales como el ED de llamadas y la teleconferencia, mas nuevos servicios suplementarios habilitados por un modelo de servicios basados en IP.

• Operaciones, administración, mantenimiento, y provisionamiento (OAM&P) -Estas son las funciones supervisoras, tales como el monitoreo de la red y el seguimiento del programa, que lleva la operación de la red eficientemente y efectivamente.

• Servicios de valor agregado -Estos son los servicios residentes fuera de la arquitectura del núcleo de la red ofrecidos, que son provistos por el operador de la red, el proveedor del contenido, y las aplicaciones y servicios finales.

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Figura 1.2 Servicios Provistos

1.4 Migración ordenada: Implementación por fases de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet

Las generaciones de los sistemas celulares pueden ser categorizadas por su habilidad en el manejo de los datos. Hoy en día los sistemas de la segunda generación (2G) están diseñados para soportar la conmutación de circuitos de voz a velocidades superiores a los 14.4 kbps.

Los sistemas de la siguiente generación, incluyendo los servicios generales de radio paquetes (GPRS, General Packet Radio Service) y sistemas IS-95B, pueden soportar servicios de paquetes con velocidades de datos de 64 kbps o ligeramente más altas. Las pruebas para esta generación son llevadas a cabo con operadores tales como France Telecom, Cellnet, y DDI en Japón. La tercera generación de sistemas inalámbricos (3G), ofrecerá siempre servicios de paquetes de datos de alta velocidad. La velocidad de los datos para los sistemas de 3G alcanzará los 384 kbps para un uso normal y velocidades superiores a los 2 Mbps para aplicaciones fijas, abriendo oportunidades para extender los servicios multimedia inalámbricos; para entender esto de una manera más clara nos podemos apoyar de la figura 1.3.

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1.4.1 Implementación de la fase uno de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet

Las redes orientadas a circuitos tales como GSM y cdmaOne, y los servicios ofrecidos entregados por medio de estas redes de circuitos tienen que ser ajustadas primeramente sobre voz y servicios de paginación simple. En un principio, estos servicios tenían que ser pequeños despliegues de los elementos de la red de datos habilitados - pero en un modo de circuitos mejor que un modo de paquetes. El modo de paquetes reduce la dependencia sobre el centro de conmutación móvil (MSC, Mobile Switching Center) para la entrega de los servicios de datos; por ejemplo, la conexión de la red de datos es directamente conectada a la RAN, inmediatamente de ser ruteada a través de la MSC. Permitiendo los servicios de paquetes de datos de la RAN y evitar la MSC es el paso siguiente para separar el mundo de la arquitectura basada en circuitos de la PSTN y de los mundos de las basadas en paquetes de las redes de datos publica (PDN, Public Data Nelivorks) y el Internet.

Figura 1.3. Evolución de los Sistemas Celulares

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La fase uno para la implementación de la arquitectura comienza desplegando GPRS o la red publica conmutada de datos (PSDN, Public Switched Data Ketwork) para entregar los servicios de paquetes de datos en redes GSM y cdmaOne. La alianza ofrece una completa solución GPRS que incluye los servicios de nodo de servicio GPRS (SGSN, Serving GPRS Serving Node) y el nodo de servicio gateway GPRS frame relay (GGSN, Gatewav GPRS Serving Node), el modo de transferencia asincrona (A TM, Asyncronus Transfer Mode), o alguna otra conexión de la capa de transporte capaz de llevar la carga de los paquetes IP.

Esta amplia área, de la red basada en IP se refiere tanto a la red de datos GPRS y así como de la cobertura de la red de datos.

La SGSN juega el papel importante de interfaz con la RAN y el manejo de la movilidad elementos de la red GSM todo lo cual tiene que ser incrementado para permitir los servicios de paquetes de datos en una red RAN basada en circuitos. Un subscriptor con un GPRS - permite a la estación móvil poder Iniciar una sesión de paquetes de datos por medio de la RAN a la SGSN. El SGSN puede rutear el dato entre esta y la MS a otra SGSN o a el GGSN para accesar a una red de datos externa. La GGSN es la gateway IP hacia las redes de datos externas, y este puede entregar a la MS los servicios de datos basados en IP a los que el subscriptor puede estar ya acostumbrado a accesar por medio de un ambiente alámbrico.

Para las redes cdmaOne, la alianza esta ofreciendo la PDSN de 3G para permitir los servicios de paquetes de datos. La PDSN puede conectar a el RAN localmente a el controlador de la estación base (BSC), o -tanto como la implementación GPRS -la PDSN puede conectarse sobre un área amplia, una red basada en IP usando frame relay, ATM, o alguna otra conexión de la capa del transporte capaz de llevar los paquetes IP.

La implementación de la fase uno puede estar subsecuentemente articulada como ventaja al desplegar, la habilitación de IP, los elementos de la red de servicios de datos como la base para crear un núcleo de red basado en IP.

Este núcleo de la red proveerá la inter-operabilidad entre las RANs y la conectividad a las

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redes externas y soportará la característica que los operadores de los servicios desplegarán para incrementar el número y variedad de los servicios de subscriptor. Esto además proveerá la flexibilidad para el rápido despliegue de los nuevos servicios ofrecidos.

1.4.2 Implementación de la segunda fase de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet

La fase uno requiere el despliegue de los elementos de red habilitando IP, por lo tanto el operador puede seleccionar los elementos de red que habilitan los datos, esto puede además permitir esas funciones asociadas con un núcleo de la red. Los mismos servicios de datos serán una función característica del núcleo de la red representando una unión de los recursos para muchas Esta estrategia de la implementación paralela de la segunda fase ayudara a los operadores para correcciones futuras de la red al planear el núcleo de la red como una expansión lógica de la lógica de la red de servicios de datos. El núcleo de la red permitirá los servicios basados en EP a los subscriptores, y estos servicios incluirán ambas aplicaciones de voz y datos.

1.4.3 Implementación de la tercera fase de la red de comunicaciones inalámbricas de Internet

La tercera fase es la construcción del núcleo con las gateways al interior de la red, el control de llamadas y señalización de los paquetes de voz, y la nueva característica de servicios que generarán grandes ingresos para los operadores.

El papel de la MSC basada en circuitos continuará para regresar a favor de las ganancias estadísticas entregadas por los paquetes de voz y la autenticación basada en IP, seguridad, y manejo de la movilidad. El gateway podrá funcionalmente migrar a la MSC para proveer de la MS o la PSTN o de la PSTN a la MS el control de la llamada. El procesador digital de señales (DSP, Digital Signal Processor) en el gateway se guardará los algoritmos de codificación de voz para la conversión de una llamada de voz encapsulada en una trama de

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interfase aérea y la modulación por pulsos codificados (PCM, Pulse Code Modulation).

La función del Gateway para voz sobre EP (VoEP) podrá ser proveída como una característica extendida para el Gateway o la PDSN y los nuevos SGSN para las redes de sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Mobile telecommunications Systems).

El Gateway para VoIP contendrá los algoritmos de codificación de voz convirtiendo una llamada encapsulada de voz en una trama de interfaz aérea y un punto final EP que puede ser un teléfono habilitado para IP, una empresa con una central PBX (Private Branch Exchange) basada en IP, una computadora personal, o cualquier otro dispositivo IP habilitado para voz.

La característica de los servicios juega el papel de la creación y entrega de los servicios, y la administración de la sesión trabaja con los proveedores de servicio locales (HSP, Home Service Provider) los cuales proveen la autenticación del subscriptor. Combinado con el núcleo de la red, el operador estará listo para ofrecer servicios end-to-end basados en IP y diferenciar el acceso de los subscriptores a estos servicios basados en la clase de servicio, con la clase de servicios poseedores de las asociaciones de la calidad del servicio (QoS, Quality of Service).

Un subscriptor puede ofrecer un menú de los servicios y clases, y el operador puede hacer a la medida un servicio de subscripción de acuerdo a las necesidades del individuo mientras influencia el rescate y el impulso producido por el total de los subscriptores.

1.4.4 Tiempo total para la implementación por fases

Todo lo relacionado al tiempo últimamente es calificado por la característica del mercado en la que un operador especifico esta operando y de los planes de negocios únicos para cada operador; por ejemplo, las nuevas licencias para el espectro que son requeridas para los UMTS, el acceso múltiple por división de código de banda ancha (W-CDMA), y las bandas

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para los sistemas personales de comunicación (PCS, Personal Communications System).

Por consiguiente, el tiempo se discute en un contexto más general de tecnología del radio, la región geográfica, y que tiene que estar articulada para cada operador directa o indirectamente a través de las organizaciones de industrias de investigación.

Figura 1.4 Propósito de la Implementación de IP Inalámbrico

En el contexto de la tecnología de radio, son tres las tecnologías de segunda generación que están creando un plan para ofrecer servicios celulares de tercera generación: GSM, CDMA, y acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access). Los operadores para estas tres tecnologías están, considerando entregar los servicios de paquetes de datos como sigue:

9 GSM por medio de GPRS

9 CDMA por medio del nodo de servicios de paquetes de datos (PDSN) o IWU 9 TDMA por medio de GPRS

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Los operadores GSM están mostrando interés en comenzar el primero de sus mercados al entregar los servicios de paquetes de datos GPRS.

Los servicios de paquetes de datos difieren mucho de la distribución como GPRS con respecto a la MS al ser el elemento limitante para entregar las velocidades de datos más altas prometidas por el radio de la tercera generación.

El despliegue del núcleo de la red en la segunda fase se anticipara para comenzar con estos operadores quienes ya reconocen las muchas ventajas asociadas con la creación de una infraestructura del núcleo de la red. Estos operadores entienden claramente el núcleo de la red como un requisito para la implementación del radio de la tercera generación y el soporte para la interoperabilidad con la segunda generación y otras redes externas.

La construcción del núcleo de la red con los Gateway en el interior de la red y las características del servicio comenzarán inmediatamente después de que el núcleo este provisto. Las Gateway para los paquetes de datos se convertirán en una fuente común disponible para muchas RANs para ofrecer nuevas clases de servicios de datos IP. Las pruebas de VoIP y de los circuitos de Gateway serán iniciadas, y, mientras el control de llamada para VoIP madure, así será el incremento del trafico de voz como un servicio IP con un decremento correlativo en las llamadas de voz desplazando la MSC.

1.5 Topologías WLAN Básicas.

Las redes LAN inalámbricas se construyen utilizando las siguientes topologías básicas:

• Topología de infraestructura básica.

• Topología igual a igual.

• Topología de infraestructura extendida.

• Marcación telefónica.

• Banda ancha.

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1.5.1 Topología de infraestructura.

Una topología de infraestructura básica (BSS, Basic Service Set) es aquella que extiende una red LAN con cable existente para incorporar dispositivos inalámbricos mediante una estación base, denominada punto de acceso. El punto de acceso une la red LAN inalámbrica y la red LAN con cable y sirve de controlador central de la red LAN inalámbrica. El punto de acceso coordina la transmisión y recepción de múltiples dispositivos inalámbricos dentro de una extensión específica; la extensión y el número de dispositivos dependen del estándar de conexión inalámbrica que se utilice y del producto. En la modalidad de infraestructura, puede haber varios puntos de acceso para dar cobertura a una zona grande o un único punto de acceso para una zona pequeña, ya sea un hogar o un edificio pequeño.

Figura 1.5. Red de la modalidad de infraestructura.

Para que este tipo de redes funcione, el portátil o dispositivo inteligente, denominado

"estación" en el ámbito de las redes LAN inalámbricas, primero debe identificar los puntos de acceso y las redes disponibles. Este proceso se lleva a cabo mediante el control de las tramas de señalización procedentes de los puntos de acceso que se anuncian a sí mismos o mediante el sondeo activo de una red específica con tramas de sondeo.

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La estación elige una red entre las que están disponibles e inicia un proceso de autenticación con el punto de acceso. Una vez que el punto de acceso y la estación se han verificado mutuamente, comienza el proceso de asociación. La asociación permite que el punto de acceso y la estación intercambien información y datos de capacidad. El punto de acceso puede utilizar esta información y compartirla con otros puntos de acceso de la red para diseminar la información de la ubicación actual de la estación en la red. La estación sólo puede transmitir o recibir tramas en la red después de que haya finalizado la asociación.

En la modalidad de infraestructura, todo el tráfico de red procedente de las estaciones inalámbricas pasa por un punto de acceso para poder llegar a su destino en la red LAN con cable o inalámbrica.

El acceso a la red se administra mediante un protocolo que detecta las portadoras y evita las colisiones. Las estaciones se mantienen a la escucha de las transmisiones de datos durante un período de tiempo especificado antes de intentar transmitir (ésta es la parte del protocolo que detecta las portadoras). Antes de transmitir, la estación debe esperar durante un período de tiempo específico después de que la red está despejada. Esta demora, junto con la transmisión por parte de la estación receptora de una confirmación de recepción correcta, representa la parte del protocolo que evita las colisiones. Observe que, en la modalidad de infraestructura, el emisor o el receptor es siempre el punto de acceso.

Dado que es posible que algunas estaciones no se escuchen mutuamente, aunque ambas estén dentro del alcance del punto de acceso, se toman medidas especiales para evitar las colisiones. Entre ellas, se incluye una clase de intercambio de reserva que puede tener lugar antes de transmitir un paquete mediante un intercambio de tramas "petición para emitir" y

"listo para emitir", y un vector de asignación de red que se mantiene en cada estación de la red. Incluso aunque una estación no pueda oír la transmisión de la otra estación, oirá la transmisión de "listo para emitir" desde el punto de acceso y puede evitar transmitir durante ese intervalo.

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El proceso de movilidad de un punto de acceso a otro no está completamente definido en el estándar. Sin embargo, la señalización y el sondeo que se utilizan para buscar puntos de acceso y un proceso de reasociación que permite a la estación asociarse a un punto de acceso diferente, junto con protocolos específicos de otros fabricantes entre puntos de acceso, proporcionan una transición fluida.

La sincronización entre las estaciones de la red se controla mediante las tramas de señalización periódicas enviadas por el punto de acceso. Estas tramas contienen el valor de reloj del punto de acceso en el momento de la transmisión, por lo que sirve para comprobar la evolución en la estación receptora. La sincronización es necesaria por varias razones relacionadas con los protocolos y esquemas de modulación de las conexiones inalámbricas.

1.5.2 Topología de igual a igual.

En una topología de igual a igual ad hoc (IBSS, independent BSS) los propios dispositivos inalámbricos crean la red LAN y no existe ningún controlador central ni puntos de acceso.

Cada dispositivo se comunica directamente con los demás dispositivos de la red, en lugar de pasar por un controlador central. Esta topología es práctica en lugares en los que pueden reunirse pequeños grupos de equipos que no necesitan acceso a otra red. Ejemplos de entornos en los que podrían utilizarse redes inalámbricas ad hoc serían un domicilio sin red con cable o una sala de conferencias donde los equipos se reúnen con regularidad para intercambiar ideas.

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Figura 1.6 Red ad hoc.

Por ejemplo, cuando se combinan con la nueva generación de software y soluciones par a par inteligentes actuales, estas redes inalámbricas ad hoc pueden permitir a los usuarios móviles colaborar, participar en juegos de equipo, transferir archivos o comunicarse de algún otro modo mediante sus PC o dispositivos inteligentes sin cables.

1.5.3 Topología de infraestructura extendida.

Un conjunto de servicio extendido (ESS, Extended Service Set) se define como dos o más BSS que están conectadas mediante un sistema de distribución común. Esto permite la creación de una red inalámbrica de un tamaño y una complejidad arbitraria. Como ocurre con un BSS, todos los paquetes deben atravesar a uno de los AP.

1.6 Dispositivos inalámbricos.

Una vez establecidas las distintas topologías que determinarán como se comunicarán los puntos dentro de la red WLAN, debo determinar que dispositivos son necesarios. A continuación definiremos los elementos físicos que la constituyen.

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Adaptadores de red inalámbricos.

Estos son las interfaces que conectarán los equipos de los usuarios (PC, Notebooks, etc.) a la estructura de red. Estos elementos tienen distintos modelos según la forma en que se conectarán al equipo del usuario. Hay tres dispositivos internos para conectarse a los buses PCMCIA, PCI y COMPACTFLASH y uno externo para conectarlo al conector USB del equipo usuario.

Figura 1.7 Adaptadores de red inalámbricos.

Punto de Acceso Inalámbrico.

Este dispositivo permite a los equipos que poseen Adaptadores de Red Inalámbricos conectarse entre sí. Además permite comunicarse con otros Puntos de Acceso de modo de ampliar la cobertura de la LAN. Esta última función se asocia a una funcionalidad como Bridge. Además de conectar equipos de usuarios se pueden conectar switches o routers pertenecientes a la infraestructura de red de cableado de cobre o fibra preexistente.

Cuando es necesario unir mi LAN con otra LAN (Internet por ejemplo), es necesario utilizar este dispositivo que será el encargado de interpretar las direcciones de origen y destino de mis comunicaciones internas o externas y encaminarlas convenientemente.

Figura 1.8 Puntos de Acceso.

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Antenas.

Si bien cada uno de los dispositivos WLAN anteriores poseen un dispositivo radiador básico que le permite comunicarse con otros dispositivos cercanos, es posible que las distancias entre los usuarios sea tal en donde deba utilizar Antenas con características especiales. Normalmente el tipo de antena utilizar se elige según la topología de los puntos a unir. Por ejemplo para una topología punto a punto utilizaremos una antena direccional que concentre la potencia en un determinado sentido. Para una topología Punto-Multipunto utilizaremos una Antena Omnidireccional en el centro geográfico de mi red y antenas direccionales en apuntando a este centro en los puntos circundantes.

Figura 1.9 Ejemplos de antenas.

Amplificadores.

Cuando con la potencia radiada por las antenas no se alcanzan a cubrir adecuadamente la dispersión de usuarios de la red, es necesario agregar amplificadores para la señal de transmisión.

Figura 1.10 Amplificadores.

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CAPÍTULO 2

ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN Y PROTOCOLOS INALÁMBRICOS

2.1 Transmisión inalámbrica.

Para aquellos usuarios que necesitan estar en línea todo el tiempo, los pares trenzados, los cables coaxiales y la fibra óptica no son útiles; necesitan obtener los datos para sus computadoras lap top, notebook, de bolsillo, de mano o de reloj sin estar atados a la infraestructura de comunicaciones terrestres. Para estos usuarios, la respuesta es la comunicación inalámbrica. Esta comunicación inalámbrica se basa en las ondas de radio.

Radio transmisión: Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden viajar distancias largas y penetrar edificios sin problema, de modo que se utilizan mucho en la comunicación, tanto en interiores como en exteriores. Las ondas de radio también son omnidireccionales, lo que significa que viajan en todas direcciones desde la fuente, por lo que el transmisor y el receptor no tienen que alinearse con cuidado físicamente.

2.1.1 Transmisión Inalámbrica de Banda Ancha.

Una de las áreas de mayor potencial en la evolución futura de las telecomunicaciones es la transmisión inalámbrica digital de banda ancha. Idealmente, un sistema inalámbrico de banda ancha permitiría la transmisión de cualquier tipo de información digitalizada (audio, vídeo, datos) desde cualquier lugar y en cualquier momento, con posibilidad de transmitir en tiempo real de ser necesario.

La aparición de un sistema de esta naturaleza requiere la conjunción de varios factores, entre las que podemos mencionar:

Utilización de técnicas de espectro esparcido, que en combinación con esquemas de sectorización y/o celularización permitirán un uso más eficiente del cada vez más

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congestionado (y costoso) espectro radioeléctrico.

Desarrollo de sistemas de microondas económicos y compactos que operen a frecuencias cada vez más altas.

Nuevos y mejores modelos de propagación que permitan una mejor predicción de los factores que afectan la calidad del servicio, tales como los efectos de trayectorias múltiples, pérdidas por ocultamiento y atenuación por lluvia, entre otros.

2.1.2 Espectro electromagnético

El Espectro Electromagnético es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como "Las ondas de radio" hasta los que tienen menor longitud como los "Los rayos Gamma."

Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa. Las características propias de cada tipo de onda no solo son su longitud de onda, sino también su frecuencia y energía.

El espectro electromagnético se divide en: (empezando de con la que tiene mayor longitud de onda).

Tabla 1.1 –División del Espectro Electromagnético

Longitud de

onda Frecuencia Energía Muy Baja

Frecuencia > 10 km < 30 Khz < 1.99 e-29 J Onda Larga < 10 km > 30 Khz > 1.99 e -29 J Onda media < 650 m > 650 Khz > 4.31 e-28 J Onda corta < 180 m > 1.7 Mhz > 1.13 e-27 J Muy alta

frecuencia < 10 m > 30 Mhz > 2.05 e-26 J Radio

Ultra alta

frecuencia < 1 m > 300 Mhz > 1.99 e-25 J Microondas < 30 cm > 1.0 Ghz > 1.99 e-24 J

Lejano / submilimétric o

< 1 mm > 300 Ghz > 199 e-24 J Medio < 50 um > 6.0 Thz > 3.98 e-21 J Infrarrojo

Cercano < 2.5 um > 120 Thz > 79.5 e-21 J Luz Visible < 780 nm > 384 Thz > 255 e-21 J Ultravioleta Cercano < 380 nm > 789 Thz > 523 e-21 J

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Extremo < 200 nm > 1.5 Phz > 993 e-21 J Rayo X < 10 nm > 30.0 Phz > 19.9 e-18 J Rayos

Gamma < 10 pm > 30.0 Ehz > 19.9 e-15 J

La longitud de ondas de radio (espectro radial): Se utilizan no sólo para llevar música, sino también para transportar la señal de televisión y los teléfonos celulares.

Este espectro abarca desde las ondas de:

- Muy Baja Frecuencia (VLF): para enlaces de radio a gran distancia.

- Frecuencias Bajas (LF): para enlaces de radio a gran distancia, especialmente en la navegación marítima y aérea.

- Frecuencias Medias (MF): son ondas utilizadas en la radio difusión.

- Alta Frecuencia (HF): para comunicaciones a media y larga distancia.

- Frecuencias Muy Altas (VHF): se utilizan en Televisión y radio en FM, entre otros.

- Ultra Alta Frecuencia (UHF): se utilizan en Televisión, radio comunicación.

- Frecuencia Súper altas (SHF): se utilizan en sistemas de radar, radio comunicación.

- Frecuencia Extra Altas (EHF): se utilizan en sistemas de radar, radio comunicación.

Nota: UHF, SHF y EHF abarcan un rango de frecuencias que comprende las microondas y los rayos infrarrojos.

Las microondas: tienen longitud de onda del orden de los centímetros. En los microondas domésticos se utilizan las longitudes de onda mayores. Longitudes de onda menores se utilizan en radares. También se utilizan para enviar información de un lugar a otro.

Los rayos infrarrojos Rayos no visibles, muy útiles pues son irradiados por los cuerpos dependiendo de su temperatura. Sus aplicaciones son muchas, incluyendo su utilidad en los

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Luz visible: Ver La Luz: características y estructura.

Los Rayos Ultravioleta: Estos rayos se dividen en 3 grupos: Cercano, Lejano y Extremo que se diferencian a parte de su frecuencia por la cantidad de energía que transmiten. La que más energía transmite es los rayos Ultravioleta Extremo (EUV).

Los rayos X: Estos rayos de menor longitud de onda que los rayos ultravioleta tiene mas energía (la energía aumenta con el aumento de la frecuencia) Se comporta más como una partícula que como una onda. Son muy utilizados en el área de la medicina ya que las diferentes partes del cuerpo por su diferente densidad absorben mas o menos esta radiación, pudiendo verse un ejemplo en las placas de rayos X que todos conocemos.

Los rayos Gamma: Estas ondas son generadas por átomos reactivos y en explosiones nucleares. Estos rayos pueden matar las células y en medicina son utilizadas para matar células cancerosas.

2.1.3 Radiofrecuencia

El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción del espectro electromagnético en el que se pueden generar ondas electromagnéticas aplicando corriente alterna a una antena. Dichas frecuencias cubren las siguientes bandas del espectro:

Tabla1.2 División del espectro de Radio Frecuencia.

Nombre Abreviatura

inglesa

Banda

ITU Frecuencias Longitud de onda

Inferior a 3 Hz > 100.000 km

Extra baja frecuencia

Extremely low frequency ELF 1 3-30 Hz 100.000km – 10.000 km Super baja frecuencia

Super low frequency SLF 2 30-300 Hz 10.000 km – 1000 km Ultra baja frecuencia

Ultra low frequency ULF 3 300–3000 Hz 1000 km – 100 km

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Muy baja frecuencia

Very low frequency VLF 4 3–30 kHz 100 km – 10 km Baja frecuencia

Low frequency LF 5 30–300 kHz 10 km – 1 km

Media frecuencia

Medium frequency MF 6 300–3000 kHz 1 km – 100 m Alta frecuencia

High frequency HF 7 3–30 MHz 100 m – 10 m

Muy alta frecuencia

Very high frequency VHF 8 30–300 MHz 10 m – 1 m Ultra alta frecuencia

Ultra high frequency UHF 9 300–3000

MHz 1 m – 100 mm

Super alta frecuencia

Super high frequency SHF 10 3-30 GHz 100 mm – 10 mm Extra alta frecuencia

Extremely high frequency

EHF 11 30-300 GHz 10 mm – 1 mm Por encima de

los 300 GHz < 1 mm

2.1.4 Transmisión por microondas.

Las microondas son ondas electromagnéticas cuyas frecuencias se encuentran dentro del espectro de las súper altas frecuencias, SHF, utilizándose para las redes inalámbricas la banda de los 18-19 GHz. Estas redes tienen una propagación muy localizada y un ancho de banda que permite alcanzar los 15 Mbps.

A diferencia de las ondas de radio a frecuencias mas bajas, las microondas no atraviesan bien los edificios, además aun cuando el haz puede estar bien enfocado en el transmisor, hay cierta divergencia en el espacio. Algunas ondas pueden refractarse en las capas atmosféricas más bajas y tardar un poco más en llegar a las ondas directas.

Las ondas diferidas pueden llegar fuera de fase con la onda directa y cancelar así la señal.

Este efecto se llama DESVANECIMIENTO DE TRAYECTORIA MULTIPLE, y con

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frecuencia es un problema serio que depende del clima y de la frecuencia.Antes de la fibra Óptica, Estas Microondas formaron durante décadas el corazón del sistema de transmisión telefónica de larga distancia.

2.1.5 Ondas infrarrojas y milimétricas.

Las ondas infrarrojas y milimétricas no guiadas se usan para la comunicación de corto alcance, un ejemplo son lo controles remotos de la TV, grabadoras de video y estereo. Estos controles son relativamente direccionales, baratos y fáciles de construir, pero tienen un inconveniente importante: no atraviesan los objetos sólidos.

2.1.6 Transmisión por ondas de luz.

Aquí se habla de los láseres que por ejemplo montados en dos edificios podrían conectarlos. La señalización óptica coherente con los rayos láser es inherentemente unidireccional, de modo que cada edificio necesita su propio láser y su propio foto detector.

Este esquema ofrece un ancho de banda muy alto y un costo muy bajo. También es relativamente fácil de instalar

2.1.7 Antenas.

Conjunto de conductores debidamente asociados, que se emplea tanto para la recepción como para la transmisión de ondas electromagnéticas, que comprenden los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y las ondas de radio.

Características de las Antenas:

Resistencia de radiación: Debido a la radiación en las antenas se presenta perdida de potencia. Por ello se ha establecido un parámetro denominado resistencia de radiación Rr, cuyo valor podemos definir como el valor de una resistencia típica en la cual, al circular la misma corriente que circula en la antena, disipara la misma cantidad de potencia.

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Eficiencia de una antena: Se conoce con el nombre de eficiencia de una antena (rendimiento) a la relación existente entre la potencia radiada y la potencia entregada a la misma.

Impedancia de entrada de una antena: En general, la impedancia de entrada de la antena dependerá de la frecuencia, estando formada por una componente activa Re, y una reactiva Xe. De esta forma, Re se puede asimilar a la resistencia total de la antena en sus terminales de entrada. Generalizando, podemos decir entonces que la impedancia de entrada de la antena es simplemente la relación entre el voltaje de entrada de la antena y la corriente de entrada.

Ganancia de una antena: La ganancia de una antena representa la capacidad que tiene este dispositivo como radiador. Es el parámetro que mejor caracteriza la antena. La forma más simple de esquematizar la ganancia de una antena es comparando la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación con el valor medio radiado en todas las direcciones del espacio, ofreciéndose en términos absolutos. Aquellas antenas que radian por igual en todas las direcciones se llaman isotrópicas y su ganancia es de 1. Basados en esta definición, podemos hablar de la ganancia como la relación entre la potencia y campo eléctrico producido por la antena (experimental) y la que producirá una antena isotrópica (referencia), la cual radiará con la misma potencia.

Longitud eficaz de la antena: Sobre una antena se inducen corrientes y voltajes. Por tal razón, a la antena receptora se le puede considerar como un generador ideal de voltaje (V), con una impedancia interna que resulta ser igual a la de entrada.

Polarización de la antena: La onda electromagnética posee el campo eléctrico vibrando en un plano transversal a la dirección de propagación, pudiendo tener diversas orientaciones sobre el mismo. La polarización de la antena hace referencia a la orientación del campo eléctrico radiado.

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De esta forma, si un observador en un punto lejano a la antena "visualizara" el campo eléctrico lo podría mirar de las siguientes formas:

Describiendo una elipse. En este caso se dice que la onda esta polarizada elípticamente.

Describiendo una circunferencia polarización circular.

Polarización horizontal o vertical, describiendo una línea recta.

Es importante anotar que, para que una antena "responda" a una onda incidente, tiene que tener la misma polarización que la onda. Por ejemplo, un dipolo vertical responderá a una onda incidente si la polarización de dicha onda es vertical también.

Ancho de haz de una antena: Podemos hablar del ancho de haz de una antena como el espaciamiento angular entre dos puntos determinados de potencia media (-3dB), ubicándolos con respecto a la posición del lóbulo principal perteneciente al patrón de radiación de la antena.

Ancho de banda de la antena: Se puede describir como los valores de frecuencia para los cuales la antena desarrolla su trabajo de manera correcta. De igual forma, el ancho de banda de una antena depende de las condiciones de los puntos de potencia media.

La naturaleza de las ondas cuando los electrones oscilan en un circuito eléctrico, parte de su energía se convierte en radiación electromagnética. La frecuencia (la rapidez de la oscilación) debe ser muy alta para producir ondas de intensidad aprovechable que, una vez formadas, viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Cuando una de esas ondas encuentra una antena metálica, parte de su energía pasa a los electrones libres del metal y los pone en movimiento, formando una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de la onda. Este es, sencillamente, el principio de la comunicación por radio.

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Existen diferentes modos de propagación que pueden surgir como el resultado del lanzamiento de ondas electromagnéticas al espacio por medio de antenas de configuración adecuada. Si no existiera el aire ni las capas ionosféricas, esto es, en el vacío, las ondas de radio viajarían en línea recta. Sin embargo, debido a la presencia de gases de diferente composición en la atmósfera terrestre, la propagación de ondas se ve influenciada por una serie diversa de mecanismo.

El modo de propagación más sencillo es aquel en que la onda sigue una trayectoria recta entre la antena de transmisión y la de recepción. A este tipo de onda se le conoce como directa o de línea de visión, LOS (Line Of Sight). Las microondas son el ejemplo clásico de este mecanismo de propagación. En condiciones óptimas las microondas pueden considerarse como un haz concentrado de energía electromagnética que hace la travesía desde la antena de emisión hasta la recepción desplazándose en línea recta. Más aún, debido a las longitudes de onda tan pequeñas en esta modalidad de aplicación, las antenas utilizadas, reflectores parabólicos, y en general todo el esquema de propagación, pueden analizarse como si fuera un sistema de características ópticas.

Diferentes modos de propagación de ondas de radio dependiendo del patrón de radiación de la antena involucrada, es posible que parte de la energía de la onda se dirija hacia tierra, a partir de lo cual, por reflexión, cambia su curso para dirigirse finalmente a la antena de recepción. Esta onda es conocida como la onda reflejada de tierra.

Adicionalmente, puede generarse una componente de onda cuyo modo de propagación es directamente sobre la tierra, desde el mismo momento de abandonar la antena de transmisión. Esta onda, denominada de superficie o terrestre, continúa su curso sobre la tierra hasta llegar a su destino final en el sitio de la antena receptora.

Finalmente, la onda electromagnética puede ser lanzada hacia el espacio, convirtiéndose así en una onda celeste u onda de cielo.

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Dependiendo de la frecuencia de la onda y del ángulo de lanzamiento, esta puede atravesar la atmósfera y salir al espacio libre, o en caso contrario, puede ser refractada hacia la tierra para ser posteriormente captada por la antena receptora.

Figura 2.1 Red Inalámbrica Básica

La norma IEEE 802.11 estableció en junio de 1997 el estándar para redes inalámbricas.

Una red de área local inalámbrica puede definirse como a una red de alcance local que tiene como medio de transmisión el aire. Siendo su finalización definitiva para la introducción y desarrollo de los sistemas WLAN en el mercado. El estándar 802.11 es muy similar al 802.3 (Ethernet) con la diferencia que tiene que adaptar todos sus métodos al medio NO GUIADO de transmisión. En este estándar se encuentran las especificaciones tanto físicas como a nivel MAC.

2.1.8 Interconexión de sistemas.

Implantación: Topologías y Configuraciones

La versatilidad y flexibilidad de las redes inalámbricas es el motivo por el cual la complejidad de una LAN implementada con esta tecnología sea tremendamente variable.

Esta gran variedad de configuraciones ayuda a que este tipo de redes se adapte a casi cualquier necesidad.

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Estas configuraciones se pueden dividir en dos grandes grupos, las redes Punto a Punto (P2P peer to peer) y las que utilizan Puntos de Acceso.

Punto a Punto (P2P o Peer to peer)

También conocidas como redes ad-hoc, es la configuración más sencilla, ya que en ella los únicos elementos necesarios son terminales móviles equipados con los correspondientes adaptadores para comunicaciones inalámbricas. En este tipo de redes, el único requisito deriva del rango de cobertura de la señal, ya que es necesario que los terminales móviles estén dentro de este rango para que la comunicación sea posible. Por otro lado, estas configuraciones son muy sencillas de implementar y no es necesario ningún tipo de gestión administrativa de la red.

Figura 2.2 Clientes inalámbricos

Los Puntos de acceso son colocados normalmente en alto, pero solo es necesario que estén situados estratégicamente para que dispongan de la cobertura necesaria para dar servicio a las terminales que soportan. Un único punto de acceso puede soportar un pequeño grupo de usuarios y puede funcionar en un rango de al menos treinta metros y hasta varios cientos de metros.

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Figura 2.3 Clientes de punto de acceso

La técnica de Punto de acceso es capaz de dotar a una red inalámbrica de muchas más posibilidades. Además del evidente aumento del alcance de la red, ya que la utilización de varios puntos de acceso, y por lo tanto del empleo de varias celdas que colapsen el lugar donde se encuentre la red, permite lo que se conoce como roaming, es decir que los terminales puedan moverse sin perder la cobertura y sin sufrir cortes en la comunicación.

Esto representa una de las características más interesantes de las redes inalámbricas.

Otras configuraciones. Interconexión de redes

Las posibilidades de las redes inalámbricas pueden verse ampliadas gracias a la interconexión con otras redes, sobre todo con redes no inalámbricas. De esta forma los recursos disponibles en ambas redes se amplían.

Mediante el uso de antenas (direccionales u omnidireccionales) es posible conectar dos redes separadas por varios cientos de metros, como por ejemplo dos redes locales situadas en dos edificios distintos. De esta forma, una LAN no inalámbrica se beneficia de la tecnología inalámbrica para realizar interconexiones con otras redes, que de otra forma serian más costosas, o simplemente imposibles

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¿Qué es la interconexión de redes? (Sistemas).

Cuando se diseña una red de datos se desea sacar el máximo rendimiento de sus capacidades. Para conseguir esto, la red debe estar preparada para efectuar conexiones a través de otras redes, sin importar qué características posean.

El objetivo de la Interconexión de Redes (internetworking): Es dar un servicio de comunicación de datos que involucre diversas redes con diferentes tecnologías de forma transparente para el usuario.

Este concepto hace que las cuestiones técnicas particulares de cada red puedan ser ignoradas al diseñar las aplicaciones que utilizarán los usuarios de los servicios.

Los dispositivos de interconexión de redes sirven para superar las limitaciones físicas de los elementos básicos de una red, extendiendo las topologías de esta.

Algunas de las ventajas que plantea la interconexión de redes de datos, son:

· Compartición de recursos dispersos.

· Coordinación de tareas de diversos grupos de trabajo.

· Reducción de costos, al utilizar recursos de otras redes.

· Aumento de la cobertura geográfica.

Tipos de Interconexión de redes.

Se pueden distinguir dos tipos de interconexión de redes, dependiendo del ámbito de aplicación:

Interconexión de Área Local (RAL con RAL).

Una interconexión de Área Local conecta redes que están geográficamente cerca, como puede ser la interconexión de redes de un mismo edificio o entre edificios, creando una Red de Área Metropolitana (MAN).

Interconexión de Área Extensa (RAL con MAN y RAL con WAN).

La interconexión de Área Extensa conecta redes geográficamente dispersas, por ejemplo, redes situadas en diferentes ciudades o países creando una Red de Área Extensa (WAN).

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2.2 ¿Qué es el protocolo de aplicaciones inalámbricas?

El Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas surge como la combinación de dos tecnologías de amplio crecimiento y difusión durante los últimos años: Las Comunicaciones Inalámbricas e Internet. Mas allá de la posibilidad de acceder a los servicios de información contenidos en Internet, el protocolo pretende proveer de servicios avanzados adicionales como, por ejemplo, el desvío de llamadas inteligente, en el cual se proporcione una interfaz al usuario en el cual se le pregunte la acción que desea realizar: aceptar la llamada, desviarla a otra persona, desviarla a un buzón vocal, etc.

Para ello, se parte de una arquitectura basada en la arquitectura definida para el World Wide Web (WWW), pero adaptada a los nuevos requisitos del sistema. En la Figura 2.1 se muestra el esquema de la arquitectura WAP.

Pasarela

Codificadores y Decodificadores

Servidor de Información

CGI, Scripts,

etc.

Contenido

Cliente

Agente de Usuario WAE

(Entorno de Aplicación Inalámbrica)

Petición Codificada Petición

Respuesta (Contenido) Respuesta Codificada

Figura 2.4 Modelo de Funcionamiento del WAP

De esta forma, en el terminal inalámbrico existiría un "micro navegador" (Se pretende que este micro navegador actúe de interfaz con el usuario de la misma forma que lo hacen los navegadores estándar) encargado de la coordinación con la pasarela, a la cual la realiza peticiones de información que son adecuadamente tratadas y redirigidas al servidor de información adecuado. Una vez procesada la petición de información en el servidor, se envía esta información a la pasarela que de nuevo procesa adecuadamente para enviarlo al terminal inalámbrico.

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Para conseguir consistencia en la comunicación entre el terminal móvil y los servidores de red que proporcionan la información, WAP define un conjunto de componentes estándar:

9 Un modelo de nombres estándar. Se utilizan las URIs Universal/Uniform Resource Identifier ó Identificador Uniforme/Universal de Recurso, definidas en WWW para identificar los recursos locales del dispositivo (tales como funciones de control de llamada) y las URLsUniversal/Uniform Resource Location ó Localización Universal/Uniforme de Recurso, (también definidas en el WWW) para identificar el contenido WAP en los servidores de información.

9 Un formato de contenido estándar, basado en la tecnología WWW.

9 Unos protocolos de comunicación estándares, que permitan la comunicación del micro navegador del terminal móvil con el servidor Web en red.

Veamos ahora un modelo global de funcionamiento de este sistema en la figura 2.2

Red Inalámbrica

Proxy WAP

Servidor WTA

WML Binario

Filtro HTML Servidor Web

WML

WML HTML

Figura 2.5 Ejemplo de una Red WAP

En el ejemplo de la figura, nuestro terminal móvil tiene dos posibilidades de conexión: a un proxy WAP, o a un servidor WTA. El primero de ellos, el proxy WAP traduce las peticiones WAP a peticiones Web, de forma que el cliente WAP (el terminal inalámbrico) pueda realizar peticiones de información al servidor Web. Adicionalmente, este proxy codifica las respuestas del servidor Web en un formato binario compacto, que es interpretable por el cliente.

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Por otra parte, el segundo de ellos, el Servidor WTA Wireless Telephony Application ó Aplicación de Telefonía Inalámbrica, está pensado para proporcionar acceso WAP a las facilidades proporcionadas por la infraestructura de telecomunicaciones del proveedor de conexiones de red.

2.3 Componentes de la arquitectura WAP

Una vez introducido el sistema, vamos a ver la arquitectura que le da consistencia. La arquitectura WAP está pensada para proporcionar un "entorno escalable y extensible para el desarrollo de aplicaciones para dispositivos de comunicación móvil". Para ello, se define una estructura en capas, en la cual cada capa es accesible por la capa superior así como por otros servicios y aplicaciones a través de un conjunto de interfaces muy bien definidos y especificados. Este esquema de capas de la arquitectura WAP la podemos ver en la Figura 2.6

GSM Protocolos portadores:

IS-136 CDMA PHS CDPD PDC-P iDEN etc.

CAPA DE TRANSPORTE (WDP) CAPA DE SEGURIDAD (WTLS) CAPA DE TRANSACCIONES (WTP)

CAPA DE SESIÓN (WSP)

CAPA DE APLICACIÓN (WAE) OTROS SERVICIOS Y APLICACIONES

Figura 2.6 Arquitectura de WAP

Hagamos un recorrido por estas capas de forma breve, antes de pasar a analizarlas con más profundidad.

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2.3.1 Capa de Aplicación (WAE Wireless Application Environment ó Entorno Inalámbrico de Aplicación)

El Entorno Inalámbrico de Aplicación (WAE) es un enlomo de aplicación de propósito general basado en la combinación del World Wide Web y tecnologías de Comunicaciones Móviles. Este entorno incluye un micro navegador, del cual ya hemos hablado anteriormente, que posee las siguientes funcionalidades:

9 Un lenguaje denominado WML Wireless Markup Language, similar al HTML, pero optimizado para su uso en terminales móviles.

9 Un lenguaje denominado WMLScript, similar al JavaScript (esto es, un lenguaje para su uso en forma de Script)

9 Un conjunto de formatos de contenido, que son un conjunto de formatos de datos bien definidos entre los que se encuentran imágenes, entradas en la agenda de teléfonos e información de calendario.

2.3.2 Capa de Sesión (WSP Wireless Session Protocol ó Protocolo Inalámbrico de Sesión)

El Protocolo Inalámbrico de Sesión (WSP) proporciona a la Capa de Aplicación de WAP mterfaz con dos servicios de sesión: Un servicio orientado a conexión que funciona por encima de la Capa de Transacciones y un servicio no orientado a conexión que funciona por encima de la Capa de Transporte (y que proporciona servicio de datagramas seguro o servicio de datagramas no seguro)

Actualmente, esta capa consiste en servicios adaptados a aplicaciones basadas en la navegación

Web, proporcionando las siguientes funcionalidades:

- Semántica y funcionalidades del HTTP/1.1 en una codificación compacta. : - Negociación de las características del Protocolo.

- Suspensión de la Sesión y reanudación de la misma con cambio de sesión.

Referencias

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