Diseño de Redes Empresariales Inalámbricas

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Diseño de Redes Empresariales Inalámbricas. Autor: Victor Manuel Peláez Fernández. Tutor: Dr. C. Félix F. Álvarez Paliza. Santa Clara 2013 "Año 55 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Diseño de Redes Empresariales Inalámbricas Autor: Victor Manuel Peláez Fernández e-mail: [email protected]. Tutor: Dr. C. Félix F. Álvarez Paliza Profesor Titular Dpto. Telecomunicaciones UCLV e-mail: [email protected] Santa Clara 2013 “Año 55 de la Revolución ".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. La perseverancia es la virtud por la que todas las otras virtudes dan su fruto. Arturo Graf.

(5) ii. DEDICATORIA. A ÑEÑO A ABUELITA.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis padres y a mi hermanita del alma, por darme todo su apoyo en estos 5 años de duro bregar. A mis amigos, por estar ahí donde siempre hace falta, en el corazón. A mi novia, por regalarme todo el amor necesario y ocupar un lugar importante en mi vida. A mis suegros y cuñado, por su apoyo incondicional. A mi tutor Félix Álvarez Paliza, por su perspicacia y ayuda. A mis profesores, por darme la formación necesaria como futuro profesional. A los trabajadores del Archivo Histórico Provincial de Camagüey, del Centro Nacional de Radares del Instituto de Meteorología y a todos los que de cualquier manera aportaron su granito de arena para esta causa..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Revisar información actualizada sobre Redes Empresariales Inalámbricas Analizar los nuevos estándares de Redes Inalámbricas. Desarrollar un procedimiento actualizado para el diseño de Redes de Campo o Empresariales Inalámbricas. Evaluar la Red Wi-Fi de la UCLV a través de distintos escenarios utilizando la herramienta de simulación OPNET Modeler. Analizar el desempeño de las Redes Inalámbricas propuestas.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Este trabajo de diploma propone un procedimiento de diseño renovado, de Redes Inalámbricas de Campo o Empresariales, de acuerdo a los nuevos estándares inalámbricos impuestos por la IEEE. Para alcanzar dicho objetivo se realizó primeramente una revisión bibliográfica de información actualizada. Luego se propuso un procedimiento de diseño y finalmente se evaluó dicho objetivo analizando la red Wi-Fi de la UCLV. Con este trabajo se lograron diferentes resultados, entre ellos un procedimiento para el diseño de Redes Empresariales Inalámbricas. Dando solución a los problemas existentes vinculadas a los diseños propios de Redes WLAN, por lo que los mismos tienen una aplicación práctica y teórica, acorde a los nuevos cambios tecnológicos y aplicaciones. Se demostró que es factible modernizar una red empresarial con las nuevas tecnologías inalámbricas..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO................................................................................................................. i DEDICATORIA ................................................................................................................ ii AGRADECIMIENTOS .....................................................................................................iii TAREA TÉCNICA ........................................................................................................... iv RESUMEN ........................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 Organización del informe ............................................................................................... 3 CAPÍTULO 1. 1.1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS .................................... 4. Tipos de Redes Inalámbricas ................................................................................ 4. 1.1.1. Redes Inalámbricas de Área Personal (Wireless Personal Area Networks. WPAN) 5 1.1.2. Redes Inalámbricas de Área Metropolitana (Wireless Metropolitan Area. Networks, WMAN) .................................................................................................... 6 1.1.3. Redes Inalámbricas de Area Extendida (Wireless Wide Area Networks,. WWAN) ..................................................................................................................... 8 1.1.4. Redes Inalámbricas de Área Regional (Wireless Regional Area Network,. WRAN) 8 1.1.5 1.2. Redes Inalámbricas de Área Local (Wireless Local Area Networks, WLAN) 9. Estándar IEEE 802.11 ........................................................................................ 10.

(10) vii 1.2.1. Evolución del Estándar ................................................................................ 10. 1.2.2. Arquitectura del Estándar ............................................................................ 12. 1.3. Principales aplicaciones de las WLAN ............................................................... 14. 1.4. Redes Inalámbricas Académicas y Empresariales en el mundo ........................... 16. 1.4.1. Redes Académicas Inalámbricas.................................................................. 16. 1.4.2. Redes Empresariales Inalámbricas ............................................................... 17. 1.5. Desempeño de las WLAN .................................................................................. 18. 1.6. Equipos y sistemas WLAN ................................................................................ 20. 1.6.1. Cisco-Aironet .............................................................................................. 21. 1.6.2. Aruba Network............................................................................................ 22. 1.6.3. Motorola ..................................................................................................... 22. 1.7. Conclusiones parciales del capítulo .................................................................... 23. CAPÍTULO 2.. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN ........................ 25. 2.1. Establecimiento y validación del ancho de banda requerido por conexión ........... 27. 2.2. Estimación de la razón efectiva promedio requerida para el área de cobertura de. una celda ...................................................................................................................... 28 2.2.1. Estimación del rendimiento promedio de una celda para lograr escalabilidad 29. 2.2.2 2.3. Selección del estándar inalámbrico por celda ............................................... 30. Selección y asignación del espectro teniendo en cuenta las interferencias y la. asignación de canales.................................................................................................... 31 2.3.1. Interferencia Co-Canales (Co-Channel Interference, CCI) ........................... 31. 2.3.2. Banda de 2.4 GHz ....................................................................................... 33. 2.3.3. Banda de 5 GHz .......................................................................................... 34. 2.3.4. Selección de Frecuencia Dinámica (DFS) para un medio de alta densidad ... 35.

(11) viii 2.3.5. Utilización de la banda de 5 GHz (alternativa) para ambientes de alta. densidad ................................................................................................................... 36 2.3.6 2.4. Ubicación de los Puntos de Acceso (AP) y Estrategias de Cobertura .................. 36. 2.4.1 2.5. Garantizar un diseño sin interferencia Wi-Fi................................................ 36. Opciones de emplazamiento para los AP ..................................................... 37. Selección de una Arquitectura confiable en cuanto a la Seguridad ...................... 39. 2.5.1. Cifrado y Autenticación .............................................................................. 40. 2.5.2. Arquitectura seleccionada............................................................................ 40. 2.5.3. Otras consideraciones para implementar una arquitectura segura ................. 41. 2.6. Conclusiones parciales del capítulo .................................................................... 42. CAPÍTULO 3. 3.1. EVALUACIÓN DE LA RED Wi-Fi UCLV ......................................... 43. Preparación de los escenarios ............................................................................. 44. 3.1.1. Configuración de la Red de Campus WLAN de la UCLV ........................... 44. 3.1.2. Selección de las tecnologías ........................................................................ 45. 3.1.3. Construcción de la topología ....................................................................... 45. 3.1.4. Consideraciones de Tráfico en el modelo de Red ........................................ 45. 3.1.5. Configuración de los parámetros de los nodos ............................................. 46. 3.1.6. Selección de Estadísticas y Recolección de Datos........................................ 46. 3.2. Análisis y valoración del desempeño .................................................................. 47. 3.2.1. Comparación de los escenarios (estándares) ................................................ 47. 3.2.2. Análisis en las celdas más densas ................................................................ 52. 3.3. Conclusiones del capítulo ................................................................................... 55. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 56 Conclusiones ................................................................................................................ 56 Recomendaciones ......................................................................................................... 56.

(12) ix REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 58 ANEXOS ......................................................................................................................... 61 Anexo I. Puntos de Acceso de Cisco ......................................................................... 61. Anexo II. Adaptadores Inalámbricos de Cisco ........................................................... 62. Anexo III. Controladores de Servicios Inalámbricos de Motorola ............................... 62. Anexo IV Plataformas de Servicios Integrados de Motorola ...................................... 63 Anexo V. Puntos de Acceso (Dependientes) de Motorola .......................................... 63. Anexo VI. Puntos de Acceso (Placas de Apoyo, Wallplate) de Motorola .................... 64. Anexo VII Antenas Direccionales (MIMO) Cisco 802.11n Series AP ......................... 64 Anexo VIII Guía de Referencia para asignación de Canales, Conexiones y Razón efectiva promedio en la Banda de 5 GHz ...................................................................... 65 Anexo IX Selección de la Topología inicial en OPNET ............................................. 66 Anexo X. Creación de la Topología de la Red utilizando el Asistente de Redes. Inalámbricas (Wireless Network Deployment) que brinda el OPNET ........................... 67 Anexo XI Anexo XII. Definición de Aplicaciones y Configuración de Perfiles de Tráfico ........... 70 Configuración de los parámetros de los nodos ...................................... 72. Anexo XIII Selección de Estadísticas y Recolección de Datos ...................................... 75.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Con la creciente demanda de las tecnologías de Internet, la convergencia de los servicios de voz, datos, video y TV sobre una red. de comunicaciones, han convertido a las Redes. Inalámbricas de Área Local (WLAN) en una componente crítica en el funcionamiento de cualquier empresa o institución. Las nuevas aplicaciones están empujando hacia el desarrollo de Servicios de Redes Inteligentes con características de alta disponibilidad y alto desempeño, lo cual era en el pasado solo visto en el diseño de redes de campo grandes o de Área Extendida (WWAN). Esta nueva generación de aplicaciones ha posicionado al protocolo IP como el protocolo dominante en el mercado de Redes de pequeño, mediano y gran tamaño, conociéndose como Redes de Nueva Generación o “todo IP”. En el mundo hay distintas tendencias en el diseño de redes, unas enfocadas a las topologías y tecnologías y otras enfocadas a las aplicaciones. Actualmente las WLAN se encuentran en un proceso de perfeccionamiento camino de lograr la compatibilidad entre estándares inalámbricos 802.11, suponiendo el tema de la seguridad y la razón de trasmisión efectiva (throughput) por encima de cualquier otro tópico. En la facultad de Ingeniería Eléctrica se han desarrollado trabajos de diploma y de doctorado abordando esta temática y se han puesto en marcha disímiles proyectos con el objetivo de actualizar e incorporar nuevos métodos que permitan un mejor desempeño de las Redes Empresariales Inalámbricas (Enterprise Wireless Networks). Como problema científico de este trabajo se ha partido de cómo emprender el diseño de Redes Empresariales considerando el papel protagónico actual de las comunicaciones inalámbricas..

(14) INTRODUCCIÓN. 2. Teniendo por lo tanto como Objetivo General el desarrollo de un procedimiento para el diseño de Redes Empresariales o Redes de Campo Inalámbricas. Estableciendo como objetivos específicos: •. Revisar información actualizada sobre Redes Empresariales Inalámbricas. •. Analizar los nuevos estándares de Redes Inalámbricas.. •. Desarrollar un procedimiento actualizado para el diseño de Redes Empresariales. Inalámbricas. •. Evaluar la red Wi-Fi UCLV utilizando la herramienta de simulación OPNET. Modeler a través de distintos escenarios. •. Analizar el desempeño de las Redes Inalámbricas propuestas.. Para ello se partió de las siguientes Interrogantes Científicas: ¿Cuál es la situación actual que presenta el diseño de Redes Empresariales Inalámbricas? ¿Cómo desarrollar un procedimiento actualizado para el diseño de Redes Empresariales Inalámbricas tomando en consideración el buen desempeño de ellas? Con este trabajo se lograron diferentes resultados, entre ellos un procedimiento para el diseño de Redes Empresariales Inalámbricas. Dando solución a los problemas existentes vinculadas a los diseños propios de Redes WLAN, por lo que los mismos tienen una aplicación práctica y teórica, acorde a los nuevos cambios tecnológicos y aplicaciones. Demostrando que es factible modernizar una red empresarial con las nuevas tecnologías inalámbricas..

(15) INTRODUCCIÓN. 3. Organización del informe Este trabajo consta de tres capítulos distribuidos de la siguiente manera: CAPÍTULO I: Redes Empresariales Inalámbricas. En este capítulo se definieron los estándares inalámbricos existentes actualmente, las aplicaciones más frecuentes de esta tecnología, así también como ejemplos de Redes Académicas y Empresariales a nivel mundial y su desempeño. Se deja explícito el equipamiento a usar para esta tecnología. CAPÍTULO II: Procedimiento de diseño de Redes WLAN. Se explica detalladamente la forma en que se implementará el diseño de Redes WLAN y los pasos a seguir para cumplir dicho objetivo. CAPÍTULO III: Evaluación de la Red Wi-Fi UCLV. En este último capítulo se hizo un análisis y valoración del desempeño de la Red Wi-Fi de la Universidad Central “Martha Abreu” de Las Villas, cumpliendo con los requerimientos propuestos en el diseño..

(16) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 4. CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. Las Redes de Área Local Inalámbricas, conocidas por sus siglas WLAN o por Wi-Fi, conforman un sistema flexible de transmisión de datos, que utiliza como medio de transmisión el aire. Este sistema está implementado como una extensión o una alternativa de una red LAN cableada dentro de un edificio de un campus. Están diseñadas, para proveer acceso a redes de diferentes localizaciones entre dispositivos de computación. 1.1. Tipos de Redes Inalámbricas. En la actualidad existen tres tipos básicos de tecnología inalámbrica de acuerdo al área geográfica que estas ocupan: las Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN), las Redes Inalámbricas Metropolitanas y de Área Extendida (WMAN y WWAN) y las Redes Inalámbricas de Área Local (WLAN), como se muestra en la Figura 1.1. Aunque se realizan actualizaciones en el campo de la redes cognitivas (WRAN)..

(17) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 5. Fig.1.1 El mundo de las Redes Inalámbricas. La IEEE 802 ha estado trabajando con diferentes grupos en el desarrollo de estándares de redes inalámbricas: IEEE 802.11 - Redes de Área Local (WLAN) IEEE 802.15 - Redes de Área Personal (WPAN) IEEE 802.16 - Redes Metropolitanas (WMAN) IEEE 802.20 - Redes de Área Extendida (WWAN) IEEE 802.22 - Redes Inalámbricas de Área Regional WRAN.. 1.1.1 Redes Inalámbricas de Área Personal (Wireless Personal Area Networks WPAN) Además de las redes inalámbricas de área local (WLAN) existen las redes inalámbricas de área personal (WPAN), dentro de las que se encuentran estandarizadas: BLUETOOTH, HIPERPAN y IEEE 802.15. Estas tecnologías son usadas en distancias cortas (~10m) con baja razón de transferencia (throughput) para diferentes servicios de QoS. Una conexión.

(18) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 6. entre una laptop y un teléfono celular constituye una red WPAN, (v1.1 de 802.15, BLUETOOTH) (Prasad and Prasad, 2005). Bluetooth permite comunicaciones hasta 100 metros con 3 clases disponibles de potencia: Clase 1 – 100mW – hasta 100m Clase 2 – 2.5mW- hasta 10m Clase 3 – desde 10cm hasta 1m En adición al estándar fue publicado para: •. Coexistencia entre PAN y WLAN (802.15.2). •. Baja razón de datos, potencia y complejidad, corto alcance y larga vida a la. tecnología (802.15.4, conocido como “ZigBee”) El grupo de trabajo 802.15.3 (802.15.3 Working Group) estandarizó razones de datos de alrededor de 20 Mbps, proveyendo bajo costo y potencia de trasmisión para aplicaciones de multimedia e imágenes digitales (Weaver, 2006). 1.1.2 Redes Inalámbricas de Área Metropolitana (Wireless Metropolitan Area Networks, WMAN) Como una solución para las áreas de difícil acceso surgen las redes fijas de acceso inalámbrico (FWA o WMAN). Son de fácil instalación y tienen un buen ancho de banda disponible en el espectro. Hacia finales de los años noventa esta constituía la alternativa más viable para el acceso a Internet. Muchos países han ubicado una banda del espectro para este tipo de tecnología (28GHz). La figura 1.2 muestra un ejemplo del uso de estas redes (Ahmad, 2005)..

(19) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 7. Fig. 1.2 Redes fijas de acceso inalámbrico.. El estándar 802.16 ó WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) fue creado para dar servicio inalámbrico de acceso a internet a áreas geográficas extensas y alejadas (Weaver, 2006). Inicialmente al estándar 802.16 de la IEEE se le denominó Interfaz Aéreo para Sistemas de Acceso Inalámbricos con Banda Ancha Fija (Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems). Esta tecnología pretendía revolucionar las formas de acceso a Internet. Con el mejoramiento del estándar 802.16a se logró que los sistemas de datos inalámbricos lograran conexión desde un escritorio hasta Internet. Este estándar también se le conoce como el de las Redes Inalámbricas de Área Metropolitana (WMAN) y está definido por línea de vista o última milla (last mile) que comprende la banda del espectro desde los 10 GHz hasta los 66 GHz, mientras que IEEE 802.16a extiende sus capacidades (no línea de vista) desde los 2-11GHz. Este último permitió la. diferenciación de servicios y. negociación de ancho de banda en orden aleatorio de acuerdo a las necesidades de la aplicación y las condiciones del canal. La banda por debajo de los 11GHz (ya sea con licencia o no) es la más usada porque es la que mejores razones de trasmisión consigue (Ahmad, 2005). Posteriormente se desarrolló el estándar 802.16e-2005 el cual fue optimizado para canales móviles dinámicos soportando movilidad y cambio de celda. Opera en las bandas con licencia 2.3 GHz, 2.5 GHz y 3.5 GHz (Hasan, 2006)..

(20) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 8. 1.1.3 Redes Inalámbricas de Area Extendida (Wireless Wide Area Networks, WWAN) El crecimiento en el campo de las WWAN, más comúnmente conocidas como comunicaciones móviles está siendo en los últimos años el reto más grande para la industria de las telecomunicaciones. Los estándares segunda generación (2G), 2.5 y 3G están siendo usados hacia el camino cada vez más inminente de la cuarta generación (Long Time Evolution, LTE). Los sistemas con 2G son principalmente para propósitos de voz y mensajería. Debido al tremendo avance en Internet de soportar algunos nuevos servicios de datos se desarrollan protocolos como WAP (Wireless Application Protocol) y el llamado “i-mode” para móviles con aplicaciones que se surten de Internet. Los sistemas suplementarios 2G, 2.5G, como GPRS (General Packet Radio Systems) y 3G fomentan las posibilidades para servicios de datos con diversos requerimientos de calidad de servicio (QoS) (Prasad and Prasad, 2005). (IEEE, 2011) 1.1.4 Redes Inalámbricas de Área Regional (Wireless Regional Area Network, WRAN) El estándar IEEE 802.22, como se puede apreciar en la Figura 1.3 especifica la interfaz aérea de acceso de banda ancha inalámbrica a sistemas (Broadband Wireless Access, BWA) brindando servicio de multimedia para terminales fijos y portátiles. La capa de control de acceso al medio (MAC) es compatible con la arquitectura punto-multipunto. El control de acceso al medio (MAC) está estructurado para apoyar una especificación de la capa física (PHY) especialmente adecuado para su funcionamiento en bandas de radiodifusión de televisión y evitar interferencias en los servicios tradicionales de radiodifusión (IEEE, 2011). El estándar IEEE 802.22.2-2012 se recomienda para la instalación e implementación de una red cognitiva IEEE 802.22 a fin de proporcionar tasas más altas cubriendo mayor superficie, haciendo un uso eficiente del espectro y evita causar interrupciones a otros servicios de la red (IEEE, 2012d)..

(21) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 9. Fig.1.3 Redes Inalámbricas de Área Regional (WRAN) (tomada de IEEE 802.22 Working Group) 1.1.5. Redes Inalámbricas de Área Local (Wireless Local Area Networks, WLAN). El crecimiento en los últimos años del mundo inalámbrico y los beneficios que el mismo provee tiende a traer cambios en las Redes Inalámbricas de Área Local. Las WLAN proporcionan altas tasas de datos comparadas con las WWAN para sistemas estáticos o de baja movilidad. Los protocolos de las redes WLAN típicamente consisten en especificaciones, del modelo de referencia OSI (OSI-RM), equivalentes de la capa física y de control del enlace de datos. Las especificaciones de la capa física abordan el tema de la utilización de canales inalámbricos en interiores para la trasmisión y recepción de señales inalámbricas. Dichas especificaciones tienen dos tipos de limitaciones; por una parte la regulación de frecuencias por parte de las agencias reguladoras y por otro lado los protocolos a utilizar, que deben ser los que propone el estándar. Generalmente, el ancho de banda y la cantidad de radiación emitida son normalizadas por las agencias reguladoras del espectro; mientras que, tanto los mecanismos de utilización del ancho de banda (modulación, razón de trasmisión) como los de control de potencia radiada (directo, indirecto, línea de vista) son controlados por las agencias que reglamentan los protocolos en concordancia con las directivas provistas por.

(22) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 10. las agencias reguladoras del espectro electromagnético. Las especificaciones referidas al control de acceso al medio (medium access control, MAC) son puestas en conjunto por las agencias reguladoras de los protocolos. Estas especificaciones abordan los tópicos referentes al acceso al canal, sincronización de tramas, control de potencia, administración de recursos para multimedia, etc. Con las WLAN se pretende una integración con las tecnologías WWAN tales como por ejemplo las de 3G o redes móviles de nueva generación (Prasad and Prasad, 2005). 1.2. Estándar IEEE 802.11. El estándar bajo el cual se rigen las Redes de Área Local Inalámbricas es el IEEE 802.11, el mismo trabaja en la banda de frecuencia conocida por sus siglas ISM, como apoyo al desarrollo de la Industria, la Ciencia y la Medicina. La banda infrarroja especifica un solo tipo de radiación, la indirecta, producida por la reflexión de las ondas en una superficie, conocida como difusión infrarroja (Ahmad, 2005). El estándar 802.11 (WLAN) fue diseñado para su uso en áreas geográficas limitadas (viviendas, edificios, campos, etc.), mediante el acceso a un medio inalámbrico (Wireless Medium) compartido. El estándar 802.11 soporta características adicionales tales como: servicios limitados en tiempo, gestión de energía y mecanismos de seguridad. En muchas partes del mundo hoy el 802.11 en sus diferentes variantes, se utiliza para dar acceso a Internet en: aeropuertos, salones de exposiciones, hoteles, barrios metropolitanos, comunidades suburbanas, rurales y en conjuntos de condominios. 1.2.1 Evolución del Estándar El proceso de estandarización de las Redes Inalámbricas de Área Local (WLAN) comenzó a mediados de los años 90 del siglo pasado, disponiéndose en 1997 del estándar IEEE 802.11 (Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications), a razones de 1 Mbps y 2 Mbps..

(23) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 11. Pero pronto se percataron de que era muy lento y de ahí ya se dispuso en 1999 del estándar IEEE 802.11b con capacidad hasta de 11 Mbps y después del IEEE 802.11a con razón máxima de 54 Mbps. Es en 1999 cuando se crea una asociación conocida como Alianza de Compatibilidad Ethernet Inalámbrica (WECA, Wireless Ethernet Compability Alliance), siendo el objetivo de esta asociación la de crear un estándar que permitiese fomentar más fácilmente la tecnología inalámbrica y asegurar la compatibilidad entre equipos de diferentes fabricantes. En abril de 2000 WECA certifica la interoperabilidad de equipos según la norma IEEE 802.11b bajo la marca Wi-Fi (Wireless Fidelity, Fidelidad Inalámbrica). La alianza Wi-Fi (Wireless Fidelity) se ha convertido en toda una industria proveedora de especificaciones para la interoperabilidad y las pruebas de los productos que propone IEEE 802.11 para una mejor inserción en el mercado. Esta asociación ofrece recomendaciones para establecer roaming entre diferentes Proveedores de Servicio de Internet Inalámbricos (WISP) de tal manera que el usuario o cliente de un WISP pueda acceder a los servicios de una WLAN de otro WISP al cual no estuviere contratado el usuario (Prasad and Prasad, 2005). Posteriormente se desarrolló el IEEE 802.11g en el 2003, el cuál emplea la misma técnica de modulación que el 802.11a pero la banda del 802.11b (5 GHz). A la postre aparecieron las variantes i) y j) en el 2004, la e) en el 2005, en el año 2008 se presentaron las variantes k) (Radio Resource Measurement of Wireless LAN), la y) (3650–3700 MHz Operation in USA) y r) (Fast Basic Service Set (BSS) Transition) y la n) se estandarizó en el 2009. Al estándar 802.11n se tituló “Mejoras para incrementar el rendimiento” (Enhancements for Higher Throughput). En 2010 surgen nuevos estándares tales como el IEEE 802.11p (Wireless Access in Vehicular Environment) para el acceso en vehículos y el IEEE 802.11z (Extensions to Direct-Link Setup, DLS) como extensión a la configuración por enlace directo. Luego siguieron otras recomendaciones y estándares en el 2011: para la administración, el IEEE 802.11 Wireless Network Management (IEEE 802.11v), para la interconexión con redes externas (Interworking with External Networks) el IEEE 802.11u) y el IEEE 802.11s (Mesh Networking) (IEEE, 2012a)..

(24) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 12. Como todo proceso de perfeccionamiento, a partir de las experiencias anteriores se ha estado construyendo el estándar 802.11ac, con su mejorada razón de datos, robustez, confiabilidad, utilizando mayor ancho de banda y eficiencia. También se aprobó el IEEE 802.11aa (MAC Enhancements for Robust Audio Video Streaming) en marzo del 2012 el cual especifica un perfeccionamiento al control de acceso al medio (MAC) de IEEE 802.11 para el audio video streaming robusto (AV), manteniendo la coexistencia con otros tipos de tráfico (IEEE, 2012b). Además se certificó el IEEE 802.11ae (Prioritization of Management Frames) en marzo del 2012 también, siendo este un mecanismo para la asignación de prioridades de marcos de dirección y proporciona un protocolo de comunicación con política de asignación de prioridades de marco de dirección (IEEE, 2012c). En la Tabla 1.1 se muestra una comparación entre las variantes de estándares IEEE 802.11 desde finales del siglo pasado y durante este siglo XXI. Tabla 1.1 Estándares IEEE 802.11 Estándar 802.11b 1999 802.11a 1999. Razón Máxima (Mbps). Razones Nominales (Mbps). Ancho de banda del canal (MHz). Canales sin interferencia. Banda de Tx (GHz) / radio (int/ext) (m). 11. 5.5, 2 ó 1. 22. 3. 2.4 / (38/140). 20. 23. 5 / (35/120). 20. 3. 2.4 / (38/140). 20 40 20, 40, 80 y 160 (opcional). 2 en 2.4 GHz 11 en 5 GHz. 2.4 ó 5 / (70/250). 3-5. 5. 54. 802.11g 2003. 54. 802.11n 2009. 289 ( 20MHz) 600 ( 40MHz). 802.11 ac. 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 48, 36, 24, 18, 12, 11, 9.6, 5.5, 2 ó 1 152 (20 MHz) 154 (40 MHz). 450 ( 80MHz) 433.3(80MHz) 1300(160MHz) 866.6(160MHz. 1.2.2 Arquitectura del Estándar Como su nombre lo indica el estándar 802.11 define las funciones de Control de Acceso al Medio y las Físicas (Wireless LAN Medium Access Control (MAC) y Physical Layer (PHY) Specifications)..

(25) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 13. De ahí que los protocolos del estándar IEEE 802.11 definan las funciones de los niveles 1 y 2 del modelo de referencia OSI. El nivel 1 describe las técnicas de transmisión por radio e infrarrojo, mientras que el nivel 2 define los procesos de acceso al canal compartido, el formato de las tramas y las direcciones. En la Figura 1.4 se muestra la composición de estos niveles abordados por el estándar IEEE 802.11.. Fig.1.4 Modelo de referencia IEEE 802.11 Las topologías o componentes de una red ofrecen un medio de explicar la estructura de una red, sin embargo se requiere de la arquitectura lógica para explicar la operación o funcionamiento de la red. La arquitectura del estándar 802.11 que se aplica a cada estación, consta de dos capas: -Subnivel MAC del nivel de enlace de datos -Subnivel PHY del nivel físico (el cual consta de múltiples variantes) En la Fig.1.4 se aprecian cuatro variantes de capas físicas que son: Espectro Extendido de Salto de Frecuencia (FHSS), el Espectro Extendido Secuencia Directa (DSSS), Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM) e infrarrojo (IR). La idea detrás del espectro extendido consiste en expandir la señal sobre una banda de frecuencias mayor de lo normal para minimizar el impacto de la interferencia de otros dispositivos. La técnica FHSS consiste en primero transmitir a una frecuencia, después a otra, después a una tercera y así sucesivamente. La secuencia de las frecuencias no es totalmente aleatoria, dado que es calculada mediante un algoritmo generador..

(26) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 14. La técnica DSSS consigue el mismo efecto mediante la representación de cada bit en la trama por múltiples bits de señal transmitida. La misma es empleada en las redes 802.11 b, g y n. La técnica OFDM es utilizada en 802.11 a, 802.11g y 802.11n. En las variantes 802.11 g y n utilizan la modulación DSSS y OFDM. Mientras que en el 802.11ac se está utilizando una técnica de modulación nueva denominada 256-QAM, con simultánea transmisión a varios usuarios (MU-MIMO). El nivel físico (PHY) define los métodos de transmitir los datos, los cuáles pueden ser mediante radiofrecuencias (RF) o infrarrojo (IR). Mientras que el nivel de Control de Acceso al medio (MAC) define las funciones siguientes: procedimientos de control de acceso al medio inalámbrico, direccionar las unidades de datos de protocolo, formatear las tramas, generación de la secuencia de chequeo de tramas, fragmentación y re-ensamblar para el nivel superior. Como funciones adicionales están la confiabilidad de los servicios de datos y la protección de la privacidad de los datos transmitidos. En este nivel MAC Los protocolos y servicios de gestión son: Autenticación, Asociación, Entrega de datos y Privacidad. Es importante resaltar que en el estándar IEEE 802.11 se trabaja con tres tipos de tramas: -Tramas de datos -Tramas de Control (para encuestas y reconocimientos positivos) -Tramas de Gestión (asociación, tiempo, sincronización 1.3. Principales aplicaciones de las WLAN. Debido a la creciente demanda de servicios y aplicaciones de Internet, así también como de tabletas electrónicas (Tablet) en Redes Empresariales Inalámbricas, las WLAN han ido creciendo paulatinamente arrojando grandes beneficios para los usuarios. La fácil integración con otras redes (WPAN y WWAN) y su costo referido a la eficiencia, son solo algunas de las facilidades de la tecnología inalámbrica..

(27) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 15. Es imprescindible el uso de WLAN en los siguientes escenarios: parques y áreas abiertas para practicar deportes donde las conexiones son establecidas temporalmente y cambiando de sitio constantemente; o en otros lugares donde el acceso sea de carácter vital, ej.: a través de edificios comerciales. Las conexiones de edificio-a-edificio (building-to-building), como muestra la Figura 1.4, constituyen una solución para los sitios donde no exista cable soterrado, usando puentes inalámbricos (wireless bridges) se pueden conectar físicamente LAN separadas y dar conexión a Internet de manera efectiva.. Fig. 1.5 Soluciones para conexiones entre edificios Entre las principales ventajas de las WLAN están: la movilidad, el bajo costo, la escalabilidad, robustez, poca planificación y que están basadas en estándares y con certificación Wi-Fi. A pesar de proporcionar varias ventajas, existen situaciones en que las WLAN resultan sensibles o no son deseadas. Muchas de estas situaciones son dadas por las inherentes limitaciones de esta tecnología. La seguridad es la principal desventaja de las redes inalámbricas Son susceptibles a la congestión y a la escucha del tráfico (eavesdropping) porque las señales de radiofrecuencia (RF) se trasmiten en todas direcciones (omnidireccionales) y de esta manera es fácil interceptar e interpretar una trasmisión sin previa autorización del trasmisor y el receptor. Los sistemas que usan codificación de espectro extendido (FHSS, DSSS) logran reducir esta vulnerabilidad..

(28) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 16. Por otra parte se puede interferir con otras redes de comunicación (policía, bomberos, hospitales, etc.) Pudiendo ocasionar interferencias por teléfonos inalámbricos que operen a la misma frecuencia, también puede ser por redes inalámbricas cercanas o incluso por otros equipos conectados inalámbricamente a la misma red, este tópico es prudente tenerlo en cuenta en el diseño. Otra desventaja que ofrecen las redes inalámbricas es la calidad de servicio por la pérdida de la potencia de la señal con la distancia y el medio, la interferencia y la propagación por múltiples trayectorias. Esto puede llegar a ser imposible de implantar en algunos entornos industriales con fuertes campos electromagnéticos y ciertos requisitos de calidad. 1.4. Redes Inalámbricas Académicas y Empresariales en el mundo. Para mostrar los amplios usos en el ámbito académico y empresarial que tienen las redes inalámbricas, a continuación se muestran varios ejemplos. 1.4.1 Redes Académicas Inalámbricas La Universidad de Dartmouth (Dartmouth College) ubicada en la ciudad de Hanover, en el estado Nuevo Hampshire en Estados Unidos, provee cobertura inalámbrica a través de 476 puntos de acceso (AP) de Cisco-Aironet modelo 350 que proporcionan 11 Mbps dando cobertura a todo el campus universitario en cada una de sus 161 edificaciones. Se incluyen, edificios administrativos, académicos y residenciales, además de instalaciones deportivas. Cada punto de acceso cubre un área de 130 a 350 pies en interiores, en edificios pequeños. Como el campus es compacto los AP tienden a cubrir los espacios exteriores también (Kotz and Essien, 2002). En bibliotecas académicas de medianas dimensiones se han hecho extensivos los usos de la tecnología inalámbrica. Los estudios realizados indican que las WLAN están ya disponibles en muchas bibliotecas, no tan grandes, y que los usuarios perciben los beneficios de las tecnologías inalámbricas. La implementación de WLAN en la Biblioteca de la Universidad de Jacksonville (Jacksonville State University’s (JSU’s) library) ha arrojado efectos positivos en los usuarios, es por ello que otras bibliotecas de centros más grandes, como es.

(29) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 17. el caso de la Universidad de Houston (Houston Cole Library) que da servicio a casi 10000 estudiantes, adopta estos nuevos servicios telemáticos (Barnett-Ellis and Charnigo, 2013). El proyecto del Campus Digital de la Universidad Libre de Berlín provee conexión total con alta seguridad al acceso inalámbrico respaldado por soluciones de Cisco (Cisco’s wireless LAN solution) utilizando el estándar 802.11n. Con este servicio se garantiza la seguridad y la confiabilidad del acceso a la Universidad desde tres campus en Dahlem, Duelppel, y Lankwitz, contribuyendo a la competitividad de este recinto como un centro mundial del conocimiento. Se perfecciona además la búsqueda de información para los estudiantes al permitir conexión con los recursos de la red desde cualquier lugar dentro del campus. Con el uso del estándar 802.11n las celdas de radiación tienen una señal más estable permitiendo razones hasta de 300 Mbps, proveyendo al usuario de una cobertura mayor. Además la selección automática de canales asegura que las celdas adyacentes transmitan y reciban en canales diferentes eliminando la interferencia co- canal (Cisco, 2009). La Universidad de Maryland brinda el servicio de BYOD debido a la diversificación de terminales móviles como tabletas, smartphones y computadoras de tipo netbook (Bojanova et al., 2012). El rápido incremento de Internet en terminales móviles motiva a la necesidad de soluciones Wi-Fi de compartimentación. Como alternativa se propone SWISH, basada en establecer un túnel desde el usuario hasta el backbone principal de acceso. Todos los datos del móvil irán a través de dicho túnel, dando acceso a Internet sin dañar dicha red. Constituye una solución eficiente la implementación en universidades de SWISH, permitiendo que extensiones de este protocolo de comunicación protejan la privacidad del móvil.. Se. demuestra que SWISH brinda un desempeño acorde a los estándares inalámbricos actuales (Leroy et al., 2011). 1.4.2 Redes Empresariales Inalámbricas En Japón la compañía Osaka Gas implementa redes inalámbricas. En China son usadas las Meru Networks' WLAN, en cuya infraestructura se soportan 6000 teléfonos móviles con interfaces Wi-Fi y celular (Cox, 2007)..

(30) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 18. Muchas compañías están implementando BOYD (bring your own device), es decir, extender el uso de los dispositivos portátiles (iPad, iPhone, iPod) en sus Redes Empresariales Inalámbricas. Con el empleo de estas tecnologías se incrementa la productividad y el trabajador se siente más confortable lo que se traduce en una mayor rapidez para las tareas. Un ejemplo es revisar sus correos electrónicos, desde su propio dispositivo, sin necesidad de abandonar sus obligaciones para con la empresa (Wilson, 2012). 1.5. Desempeño de las WLAN. En la interconexión entre una red celular y las redes de área local inalámbricas (WLAN), existe una estructura de superposición de dos niveles en las áreas cubiertas por WLAN. Debido al soporte de calidad de servicio subyacente heterogénea (QoS), la admisión de tráfico en estas zonas tiene un impacto significativo en la satisfacción de QoS y la utilización general de los recursos, especialmente cuando se consideran los múltiples servicios. Análisis del desempeño de una estrategia de simple admisión, denominado WLAN-primer esquema, demuestran que la voz entrante y peticiones de servicio de datos siempre están en primer lugar para tratar de obtener acceso a la WLAN cuando esté disponible. Observaciones muestran que la utilización general de los recursos puede ser maximizada cuando las regiones de admisión para servicios de voz y datos en una celda y una WLAN están configuradas correctamente (Song et al., 2007). Modificaciones y ampliaciones de las actuales redes de área local inalámbrica (WLAN) permiten mejorar su rendimiento en la capa de control de acceso al medio (MAC). El protocolo de Control de Acceso al Medio (MAC) es el elemento principal que determina la eficiencia con que se comparte el ancho de banda limitado del canal de comunicación inalámbrico en una red de área local inalámbrica (WLAN). Es crucial que el protocolo MAC proporcione robustez y equidad entre los usuarios. Existen variaciones en cuanto al número de transmisiones y colisiones, tamaño del paquete, movilidad, y se analiza también, la diferencia entre acceso múltiple con detección de portadora con prevención de colisiones (CSMA-CA) y CSMA-CA con RTS-CTS, utilizándose en ambos casos Función de Coordinación Distribuida (DCF) (Shamim and Al Masud, 2009)..

(31) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 19. La aplicación del "Protocolo de redundancia paralela" (PRP) de acuerdo con la norma IEC 62439-3 con dos diversos canales inalámbricos redundantes logra un canal de comunicación inalámbrico mejorado. Parámetros de rendimiento como el jitter aumentan significativamente la fiabilidad en comparación a los canales inalámbricos individuales (Rentschler and Laukemann, 2012). Con el desarrollo de IPv6 móvil y la tecnología de multidifusión, la multidifusión móvil se convierte en un punto de interés para la investigación. Basado en dos métodos básicos de multidifusión móvil, el método del túnel bidireccional (BT) y el de Suscripción Remota (RS), se han propuesto además algunos esquemas de multidifusión móviles. Sin embargo, la mayoría de ellos evalúan el rendimiento por medio de análisis y simulación, pero les faltan pruebas del comportamiento en un entorno real. Es por esto que se han implementado varios planes de multidifusión móviles y se ha evaluado su desempeño en banco de pruebas. Los resultados experimentales muestran que los protocolos de gestión de la movilidad tienen un impacto importante en los métodos basados en BT y la distribución del árbol de reparto de multidifusión afecta al funcionamiento de los métodos basados en RS (Li et al., 2009). Los sistemas de bucle local inalámbrico (Wireless Local Loop, WLL), debido a sus ventajas en comparación con los sistemas de cables se han convertido en una de las primeras opciones en tecnologías. Proporcionan requisitos de calidad de servicio con una buena razón de transferencia y un retardo mínimo de acceso a media (voz, video, etc.) siendo estas, difíciles tareas para los protocolos WLAN 802.11e y funciones de control de acceso al medio (MAC) (Shahraki and Pourmina, 2010). El campo de la seguridad de las redes inalámbricas requiere mucha atención. Muchos protocolos y procedimientos fueron desarrollados para satisfacer esas necesidades. Los protocolos de autenticación, autorización y contabilidad (username and password) son importantes para una infraestructura de redes inalámbrica segura. Se realizan análisis al desempeño para utilizar UDP y TCP como protocolos de capa de transporte subyacente para RADIUS con el objetivo de transmitir mensajes EAP en el entorno entre dominios. La autenticación entre dominios requiere el intercambio de mensajes entre el servidor RADIUS del dominio visitado y el servidor RADIUS principal del usuario en cuestión..

(32) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 20. Debido a que estos intercambios entre dominios se producen sobre las redes de área extendida o Internet, que están sujetos a la pérdida de paquetes y retrasos altos, se demuestra que el retardo global de autenticación se reduce significativamente mediante el uso de un protocolo de transporte fiable, el TCP (Syafruddin and Putra, 2010). El conocimiento sobre redes WLAN 802.11 dicta que como el número de usuarios activos aumenta, las ventanas de contención (CW) de todos los usuarios contendientes tienen que aumentar para evitar las pérdidas de colisión. Sin embargo, dado el aumento de las tasas de datos de normas 802.11, la fracción de tiempo dedicado no la transmisión de información (como resultado de back-off) también está aumentando, lo que lleva a la reducción del rendimiento en comparación con el máximo teórico. Existe un conflicto inherente entre la reducción de colisiones mediante el aumento de la CW y la reducción de los gastos generales por la disminución de la CW, resultados demuestran que este conflicto puede ser eliminado en las redes LAN inalámbricas en el modo Infraestructura (I-WLAN) donde dominan los enlaces descendentes TCP y UDP. A diferencia de la tendencia tradicional de análisis de rendimiento de WLAN que supone que todas las estaciones se interesan por el uso del canal, se considera el caso en el que sólo el punto de acceso (AP) es deseado, mientras que los usuarios de móviles en la célula responden a la información que se les envió. Este ajuste refleja los patrones de tráfico en la I-WLAN con mayor precisión y que los usuarios suelen utilizar sus conexiones WLAN principalmente para la descarga de información a través de conexiones TCP (para navegación web) y conexiones UDP (para video streaming). Se demuestra, mediante el análisis y la experimentación extensa que cambiando la CW mínima en los puntos de acceso y, se puede lograr un 25-30% más de rendimiento que con la configuración 802,11 generalmente recomendada. Esto se logra sin requerir ningún cambio en el MAC o PHY, y utilizar sólo las funciones estándar presentes en la actual generación de chip-sets 802.11 (Bejerano et al., 2010). 1.6. Equipos y sistemas WLAN. Existen grandes empresas proveedoras de equipos inalámbricos en todo el mundo que se encargan de dar solución a las necesidades más cotizadas de acceso a Internet con voz, datos, video y televisión. (VoIP, video streaming, etc.). Por lo que se requiere de. proveedores reconocidos que cumplan los estándares de la IEEE..

(33) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 21. A continuación se analizarán diferentes firmas y modelos muy utilizados en los ejemplos citados con anterioridad. 1.6.1 Cisco-Aironet Puntos de Acceso Los puntos de acceso (AP) de Cisco Aironet Series pueden ser desplegados en una red distribuida o centralizada para una oficina regional, un campus, o una empresa grande. Proveen una variedad de capacidades, dentro de las que se incluyen: Cisco CleanAir Technology: para una red auto compensada, auto optimizada para evitar interferencias. Cisco ClientLink 2.0: mejora la fiabilidad y ofrece reportes a los clientes. Cisco Band Select: selección de banda de frecuencia (2 ó 5 GHz). Cisco VideoStream: la multidifusión permite aplicaciones de multimedia. Basado en el estándar 802.11n la serie 3600 de Cisco Aironet soporta 4x4 (MIMO) con tres corrientes espaciales para mejor desempeño. Soportan diseños modulares para seguridad inalámbrica e inteligencia espectral (Spectrum Intelligence) aplicables en 802.11ac o en la tercera generación de celdas pequeñas de Cisco (Cisco 3G Small Cell), además de que son compatibles con 802.11n. Ver en Anexo I los datos técnicos del Aironet Serie 3600. Apoyada en el mismo desempeño de la serie 3600, Cisco Aironet Serie 2600 tolera 3x4 (MIMO) con tres corrientes espaciales igualmente que la serie anterior. Ver en Anexo I los datos técnicos del Aironet Serie 2600. Para empresas medianas se ofrece la Serie 1600 de Cisco Aironet, apoyada en el estándar 802.11n y con 3x3 MIMO tiene al menos seis veces el rendimiento de redes 802.11a/g. Ver en Anexo I los datos técnicos del Aironet Serie 1600. Para ambientes hogareños Cisco propone el modelo 600 (Cisco Aironet 600 Series OfficeExtend.) La implementación de estos AP no necesita de soporte técnico y se logran velocidades de 802.11n en cualquiera de las dos bandas comerciales (2GHz ó 5 GHz). Ver en Anexo I los datos técnicos del Aironet Serie 600..

(34) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 22. Los AP de Cisco Aironet 1130AG están diseñados para oficinas, mientras que los AP 1240AG son menos decorativos y son la mejor opción para fábricas, almacenes y entornos de comercio minorista (Cisco, 2013a). Ver en Anexo I los datos técnicos del Aironet Serie 1130AG y 1240AG. Adaptadores inalámbricos Otra de las variantes de acceso que propone esta empresa multinacional son los adaptadores inalámbricos. Con adaptadores inalámbricos del cliente LAN, rápidamente se pueden agregar empleados nuevos para una red empresarial, se soportan grupos de trabajo temporales o se habilitan vías de acceso a Internet en salas de juntas u otros espacios de reunión. Los adaptadores para 5 GHz de 54 Mbps del estándar IEEE 802.11a que operan en las bandas UNII-1 y UNII-2 combinan desempeño y movilidad con la seguridad y la manejabilidad que las empresas requieren. Para alto desempeño (high-performance) Cisco propone el Cisco Aironet 802.11A/B/G Wireless CardBus Adapter. Ver en Anexo II los datos técnicos de los adaptadores anteriormente mencionados (Cisco, 2013b). 1.6.2 Aruba Network Aruba ofrece una variedad de Controladores de Movilidad que proveen localmente operación autónoma, centralmente administrados por un centro de datos (Data center) (Networks, 2007). Los AP proveen conectividad a oficinas pequeñas o teleconmutadores. Las políticas implementadas por Aruba describen que los controladores creen un firewall para los puntos de acceso con el objetivo de que estos sean administrados de manera separada por las oficinas corporativas. También esta red soporta equipamiento para sistemas de mensajería de multimedia (MMS, Multimedia Messaging System), estándar de mensajería que le permite a los teléfonos móviles enviar y recibir contenidos multimedia, incorporando sonido, video, fotos o cualquier otro contenido disponible. 1.6.3 Motorola Motorola se responsabiliza por cualquier necesidad inalámbrica de funcionamiento de sus productos inalámbricos. Difiere de otras soluciones inalámbricas porque su línea de.

(35) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. 23. productos ofrece todo lo requerido en cuanto a crear, instalar y fácilmente manejar una empresa inalámbrica. Ofrece interoperabilidad puesta a prueba, simplificando y reduciendo el costo de los despliegues para lograr movilidad. Provee AP, controladores inalámbricos, plataformas de servicios integrados, así también como otros servicios complementarios (Motorola, 2012). Los Controladores de Servicios Inalámbricos de Motorola proporcionan control, escalabilidad, seguridad y fiabilidad a redes WLAN. Cumple con las necesidades de cualquier organización, no importa su tamaño, desde pequeñas oficinas hasta empresas multinacionales. Es una solución flexible, eficiente en base a costos. Ver Anexo III para consultar las características generales de estos controladores. Las Plataformas de Servicios Integrados de Motorola brindan una interfaz de administración a través de la cual se controla completamente la distribución de la red. Se tiene un dominio de los servicios de los puntos de acceso (AP) así como de los dispositivos y aplicaciones móviles. Ver Anexo IV para consultar las características generales de estas plataformas. Los Puntos de Acceso Inalámbrico (AP) que ofrece Motorola se utilizan en interiores: desde lobbies de hoteles hasta almacenes polvorientos y en exteriores: campus y ambientes parecidos. Estos AP pueden trabajar en modo autónomo o adaptado, ofreciendo a la red mayor flexibilidad. Los controladores y puntos de acceso de Motorola trabajan en conjunto suministrando facilidades de administración remota y centralizada. Consultar Anexos V- VI para ver especificaciones generales de dichos AP. 1.7. Conclusiones parciales del capítulo. El estándar IEEE 802.11n es el más utilizado hoy en día en las redes WLAN combinado con los estándares anteriormente desarrollados (802.11 b/g/a). La tecnología de redes inalámbricas basada en el estándar IEEE 802.11 tiene unos beneficios incuestionables en el mundo empresarial. Algunos de estos beneficios son la flexibilidad, movilidad, reducción de costos de infraestructura de red, integración con dispositivos móviles y PDA, y mejor escalabilidad de la red. Además tienen un gran.

(36) CAPÍTULO 1. REDES EMPRESARIALES INALÁMBRICAS. impacto en la infraestructura, operaciones y seguridad de la información. 24 de las. organizaciones. La clave para un correcto y eficaz despliegue y explotación de este tipo de redes está en comprender los riesgos que entrañan, además de conocer las posibilidades de la tecnología con la que contamos en la actualidad para mitigarlos. En el mundo se utilizan ampliamente tanto a nivel académico como empresarial las redes WLAN, evidenciando su favorable desempeño a estas instancias. Empleando los equipos y sistemas que proveen Cisco, Aruba, Motorola, entre otras industrias propietarias de servicios inalámbricos, se logran altos niveles de calidad de servicio..

(37) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. CAPÍTULO 2.. 25. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. Es imprescindible y necesario, para los ingenieros y diseñadores de redes inalámbricas, disponer de una guía actualizada con los nuevos estándares, que permita el diseño y puesta en operación de una WLAN. En especial dentro de entornos de alta densidad, dada su demanda creciente, como es un campus universitario. Cuando se habla de alta densidad, se define como un ambiente con gran concentración de usuarios, tales como una facultad, una biblioteca o un anfiteatro donde los usuarios que están conectados inalámbricamente comparten aplicaciones y otros servicios de la red de manera individual. Este capítulo está enfocado hacia un procedimiento o guía para estudiantes y especialistas relacionados con el diseño, despliegue y mantenimiento de las redes Wi-Fi de acuerdo a los conceptos y fundamentos de los estándares 802.11. Las demandas en las WLAN con alta funcionalidad y escalabilidad están creciendo debido a la rápida proliferación de nuevos dispositivos y aplicaciones en dichas redes. El número de dispositivos y conexiones por usuario se encuentra en un fuerte incremento (Florwick et al., 2011). El diseño de redes inalámbricas se ha visto forzado a considerar el uso de alternativas sin carga, incluyendo conexiones Wi-Fi en dispositivos electrónicos de última generación. Desafortunadamente, la mayoría de los teléfonos celulares (Smartphone) solo soportan WiFi en la banda de los 2.4 GHz, lo que impone a los diseñadores y administradores de redes inalámbricas perfilar productos para un segmento más pequeño del ancho de banda disponible. Esta tendencia está conduciendo un dramático incremento en cuanto a densidad.

(38) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 26. se refiere, siendo mayor la cantidad de usuarios compitiendo por los servicios de esta banda de frecuencia. Los administradores han encontrado variantes para el desafío que impone el cada vez mayor incremento de los niveles de servicio, siendo el objetivo de diseño principal lograr buena cobertura. Simplemente añadiendo mayor cantidad de puntos de acceso (AP) no se logra un aumento de la calidad de servicio. Por tanto cabe resaltar que el procedimiento propuesto sirva de guía y ofrezca estrategias de diseño para los administradores de zonas de alta densidad, a fin de mejorar el desempeño de las redes no cableadas con los recursos actuales y lograr mayor accesibilidad. Entre los principales requisitos que debe cumplir una Red Empresarial o Académica están: Robustez en la transmisión y seguridad: El diseño de una LAN inalámbrica debe permitir transmisiones fiables incluso en entornos ruidosos y debe ofrecer cierto nivel de seguridad contra escuchas. Movilidad: El protocolo MAC usado debería permitir a las estaciones móviles desplazarse de una celda a otra. Configuración dinámica: Los aspectos de direccionamiento MAC y de gestión de red de la WLAN deberán permitir la inserción, eliminación y traslado dinámicos y automáticos de sistemas finales sin afectar a otros usuarios. A continuación se muestran las principales etapas a seguir para disponer de una Red Inalámbrica (WLAN) de alta densidad: 1. Planificación: establecimiento de los requerimientos del equipamiento y de las aplicaciones tales como: ancho de banda, protocolos, frecuencias de operación, Acuerdo de Nivel de Servicio (Service Level Agreement, SLA), etc. 2. Diseño: estimación de la densidad (cantidad de usuarios) de la ubicación, tamaño de la celda, antenas, cobertura, pesquisa del sitio, etc. 3. Implementación: instalación, prueba, reajustes, establecimiento de línea de fondo (baseline)..

(39) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 27. 4. Optimización: monitoreo, reporte, ajuste, repaso a la línea de fondo para el SLA. 5. Gestión: supervisión mediante un Sistema de Control Inalámbrico (Wireless Control System), uso de software para detectar y solucionar los problemas, etc. Por lo que a continuación se detallarán las etapas anteriormente enunciadas y acordes el procedimiento de diseño propuesto. 2.1. Establecimiento y validación del ancho de banda requerido por conexión. Para evaluar el diseño, primero es necesario entender qué es lo que se requiere así como también qué es posible. Generalmente existe una aplicación (correo electrónico, mensajería instantánea, etc.) que conduce a la necesidad de conectividad. Entendiendo los requisitos de rendimiento (throughput) para esta aplicación y para otras que tengan lugar en la red se brindará un ancho de banda (bandwidth) por usuario. Multiplicando este número por el número de conexiones esperadas se obtiene un rendimiento promedio (valor esperado). En la tabla 2.1 son mostradas las diferentes razones efectivas demandadas de acuerdo a la aplicación en grandes entornos educacionales. Tabla 2.1 Ancho de Banda requerido por Aplicación (Florwick et al., 2011). Aplicación Web – Uso Aleatorio Web – Con fines instructivos Audio - Uso Aleatorio Audio – Con fines instructivos Video Streaming - Uso Aleatorio Video Streaming – Con fines instructivos Impresión (Print) Archivos de uso compartido - Uso Aleatorio Archivos de uso compartido - Con fines instructivos Exámenes en línea (on line test) Respaldo (Backup). Razón nominal (Mbps) 0.5 1 0.1 1 1 2–4 1 1 2–8 2–4 10 – 50. Los diseñadores de software a menudo utilizan solo un parte del ancho de banda asignado, por lo que es importante para validar las aplicaciones que el equipamiento de la WLAN soporte esta configuración de ancho de banda variable. En adición, no todos los buscadores (browsers) y Sistemas Operativos presentan la misma eficiencia, ejemplo: una aplicación.

(40) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 28. que corre muy bien a 100 Kbps en una Laptop con Windows y Microsoft Internet Explorer o Mozilla Firefox, puede requerir más ancho de banda cuando es vista en un Smartphone o Tableta Electrónica con buscador y sistema operativo propios. Una vez conocido el rendimiento específico (throughput) por conexión y por aplicación, se puede determinar el ancho de banda promedio requerido en el área de cobertura de la red inalámbrica. Para conocer este valor, se multiplica el ancho de banda mínimo indispensable por el número de conexiones esperadas. Este resultado es importante para la serie de pasos que siguen. 2.2. Estimación de la razón efectiva promedio requerida para el área de cobertura de una celda. En una Red Empresarial o Académica Inalámbrica la velocidad del canal depende de muchos factores, como pueden ser: los protocolos utilizados, las condiciones medioambientales y la banda de frecuencia en que opera. Estos aspectos deben ser considerados antes de estimar la razón efectiva promedio para el área de cobertura. La cantidad de conexiones esperadas es la base del cálculo de dicha razón promedio de la razón de transferencia exitosa agregada (aggregate throughput). El número de conexiones en una celda determina la razón de transmisión efectiva por conexión en lugar de la cantidad de usuarios. Ejemplo: muchos usuarios llevan consigo un dispositivo primario (teléfono celular, tableta electrónica o laptop) así también como uno secundario (teléfono celular). Cada conexión de ambos dispositivos (tanto el primario como el secundario) en una red de alta densidad consume canales que se encuentran en el aire y recursos de la red, dichas conexiones forman parte también de la estimación del ancho de banda a utilizar. Las redes Wi-Fi utilizan un medio compartido, es decir la conexión es semi- duplex. Sólo una estación puede usar el canal a la vez y tanto el enlace de subida (uplink) como el de bajada (downlink) funcionan en el mismo canal. Por lo que a cada canal o celda usada en un despliegue Wi-Fi se le asigna un ancho de banda de acuerdo a sus aplicaciones. Debido al incremento de los usuarios y de las aplicaciones, se producen variaciones en el tráfico por lo que se aplica una razón de proporcionalidad 20:1 de suscriptor a cliente para estas variaciones. Algunas aplicaciones, como la multidifusión de. flujos de video.

(41) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 29. (streaming), conducen a una disminución de esta proporción, mientras que otras aplicaciones pueden llevar a un aumento de este factor para un Acuerdo de Nivel de Servicio (SLA) aceptable de acuerdo a la capacidad de cada célula. El objetivo del diseño no se centra solo en la cantidad de usuarios que pueden asociarse con éxito a un AP, sino además de cuántos usuarios pueden establecer una conexión en interiores (indoor) con un rendimiento aceptable. En un ambiente de alta densidad, la eficiencia debe ser aprovechada para conseguir rendimiento máximo y accesibilidad. La Figura 2.1 muestra la relación entre el tiempo de la trama (utilización de canal), tamaño de trama, y velocidades de transferencia de datos, de acuerdo a la técnica de acceso al medio empleada (CCK, DSSS, OFDM).. Fig. 2.1 Relación entre tiempo, tamaño de la trama y razón de trasmisión (Florwick et al., 2011).. 2.2.1 Estimación del rendimiento promedio de una celda para lograr escalabilidad Para lograr escalabilidad siguiendo el estándar 802.11, el rendimiento debe ser consecuente con el número de usuarios en las proximidades del AP..

(42) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 30. Las velocidades de transferencia de datos representan el precio en el cual los paquetes de datos serán transmitidos al aire. Los paquetes contienen una cabecera para direccionar y controlar los datos contenidos en ellos. La razón de transferencia (throughput) de la aplicación está contenida como datos de carga útil dentro del encabezado de los paquetes. La Tabla 2.2 brinda la razón de transferencia exitosa promedio (valor esperado) de una aplicación, de acuerdo al protocolo utilizado, con buenas condiciones de propagación. Tabla 2.2 Razón de transferencia (promedio) de la aplicación de acuerdo al protocolo Protocolo. Razón de transferencia exitosa (throughput). (Mbps). 802.11b. 7.2. 802.11b/g. 13. 802.11g. 25. 802.11a. 25. 802.11n - HT20 1ss con (MCS7)¹. 25. 802.11n - HT20 2ss (MCS15)². 70. 802.11n - HT40 2ss (MCS15). 160. ¹ Modulación por Esquema de Código con un flujo espacial (Modulation Coding Scheme 7) ² Modulación por Esquema de Código con dos flujos espaciales (Modulation Coding Scheme 15) 2.2.2 Selección del estándar inalámbrico por celda Para un ambiente de alta densidad, con varias celdas distribuidas por todo el campus, es recomendable implementar el estándar 802.11n (2009) pues se incrementa la eficiencia consiguiendo altas razones (efectivas) de datos, permitiendo que más usuarios se conecten al mismo canal o celda. Aunque un diseño basado en diversidad de estándares (802.11a/b/g) proporciona mayor accesibilidad por todos los usuarios. La Figura 2.2 ilustra la razón de transferencia efectiva de la diversidad de estándares en una celda..

(43) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 31. Fig. 2.2 Razón de transferencia en una celda de acuerdo al estándar a utilizar (Florwick et al., 2011). Se evidencia que si todos los usuarios estuvieran usando 802.11n o 802.11a/g, la diferencia en cuanto al rendimiento es de un 480%. Mientras que si la diversidad de estándares es de 50/50, el incremento es de 400%. Así como que si solo la cuarta parte de los clientes (25%) emplea 802.11n, la razón efectiva experimenta un aumento del 300%. 2.3. Selección y asignación del espectro teniendo en cuenta las interferencias y la asignación de canales. El tema del espectro de frecuencias es importante a la hora del diseño porque la banda ISM está bastante saturada y un procedimiento adecuado para la selección de la banda a utilizar así como del plan de asignación de canales teniendo en cuenta las interferencias existentes asegura el éxito en este campo del diseño. 2.3.1 Interferencia Co-Canales (Co-Channel Interference, CCI) Se basa en que las transmisiones de un dispositivo se interponen en las de otros en el mismo canal, causando interferencia y reduciendo el espectro disponible. El CCI puede.

(44) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 32. causar retardos en el acceso al canal así como colisiones en las transmisiones. La Figura 2.3 ilustra como dos AP en el mismo canal interfieren el uno con el otro.. Fig. 2.3 Interferencia Co-Canales Los efectos de la interferencia de tipo CCI no son limitados sólo a la célula del AP. En un entorno con gran cantidad de usuarios, los mismos clientes tienden a aumentar el tamaño de la célula, debido a esto se propone un modelo de cobertura basado en velocidades de transferencia de datos, como muestra la Figura 2.4. Las velocidades de transferencia de datos más altas solo estarán en las áreas más cercanas al AP, esto es debido a que el modelo es espacial para un ambiente en exteriores (outdoor) y no para interiores el cual asume factores atenuantes..

(45) CAPÍTULO 2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE REDES WLAN. 33. Fig. 2.4 Modelo de cobertura basado en velocidades de transferencia de datos (Florwick et al., 2011). En cualquier diseño de una red WLAN, los efectos de la interferencia CCI pueden ser limitados aislando las células individuales unas de otras para no solapar canales y evitar atenuaciones por paredes, techos, gabinetes de archivo, etc. No se colocarán dos AP en el mismo canal directamente el uno al lado del otro en un diseño normal, para brindar cobertura adecuada sin muchos CCI. Pero en un diseño de red con alta densidad, las distancias son mayores y es mucho más probable la Interferencia Co-Canal. 2.3.2 Banda de 2.4 GHz En la banda de 2.4 GHz hay tres canales sin interferencia, tal como se muestra en la Figura 2.5. La señal de Radio Frecuencia tiene menos atenuaciones que en 5GHz. Se impone una reutilización de frecuencias, es decir, encontrar un canal libre dentro de un área grande de cobertura. Una solución sería la adición de más AP por célula para reducir el número de usuarios por célula y dar más cobertura para canales libres. Pero una vez ocupada toda la celda el efecto será el de una célula súper grande lo cual limita la amplitud de banda para los usuarios de dicha celda..