Redes inalámbricas

Las redes inalámbricas (wireless network) son aquellas que se comunican por un medio de transmisión no guiado (sin cables) mediante ondas electromagnéticas. La transmisión y la recepción se realiza a través de antenas

Tienen ventajas como la rápida instalación de la red sin la necesidad de usar cableado, permiten la movilidad y tienen menos costes de mantenimiento que una red convencional

Tipos

Según su cobertura, se pueden clasificar en diferentes tipos:

• WPAN (Wireless Personal Area Network)
  En este tipo de red de cobertura personal, existen distintas tecnologías:
  • HomeRF
    Estándar para conectar todos los teléfonos móviles de la casa y los ordenadores mediante un aparato central
  • Bluetooth
    Protocolo que sigue la especificación IEEE 802.15.1
  • ZigBee
    Basado en la especificación IEEE 802.15.4 y utilizado en aplicaciones como la domótica, que requieren comunicaciones seguras con tasas bajas de transmisión de datos y maximización de la vida útil de sus baterías, bajo consumo
  • RFID
    Sistema remoto de almacenamiento y recuperación de datos con el propósito de transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único) mediante ondas de radio
  • WLAN (Wireless Local Area Network)
    En las redes de área local podemos encontrar las tecnologías:
    • HiperLAN (High Performance Radio LAN)
      Un estándar del grupo ETSI
    • Wi-Fi
      Siguen el estándar IEEE 802.11 con diferentes variantes
    • WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, Wireless MAN)
      Para redes de área metropolitana se encuentran las tecnologías:
      • WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
        La Interoperabilidad Mundial para Acceso con Microondas es un estándar de comunicación inalámbrica basado en la norma IEEE 802.16. WiMax es un protocolo parecido a Wi-Fi, pero con más cobertura y ancho de banda. También podemos encontrar otros sistemas de comunicación como LMDS (Local Multipoint Distribution Service)
      • WWAN (Wireless Wide Area Network, Wireless WAN)
        En estas redes encontramos las tecnologías usadas en teléfonos móviles:
        • GPRS (General Packet Radio Service)
          Cuya transmisión es digital
        • 0G
          Grupo de tecnologías usadas antes de la difusión mundial de los teléfonos móviles, normalmente militar, en los Estados Unidos, Canadá, Finlandia, Suecia, Dinamarca, España, Filipinas, Jamaica, Cuba, Chile, etc
        • 1G
          Conjunto de estándares seguidos en los años 80 para la transmisión en teléfonos móviles, entre otras incluían NMT (Nordic Mobile Telephone) usado en los países Nórdicos; AMPS en los Estados Unidos;
          TACS (Total Access Communications System) en el Reino Unido; C-450 en Alemania Oriental, Portugal y el Sur de África; TMA en España; Radiocom 2000 en Francia y RTMI en Italia. En Japón se implementaron múltiples sistemas; tres estándares, TZ-801, TZ-802, TZ-803, desarrollados por NTT, con un sistema de competencia operado por DDI usando el estándar JTACS
        • 2G
          Conjunto de estándares seguidos en los años en los años 90 para la transmisión en teléfonos móviles, se introdujeron protocolos de telefonía digital que además de permitir más enlaces simultáneos en un mismo ancho de banda, permitían integrar otros servicios, en la misma señal, como el envío de mensajes de texto o página en un servicio denominado Short Message Service (SMS) y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos de fax y módem. Entre otras incluían GSM (Global System for Mobile Communications); Cellular PCS/IS-136, conocido como TDMA (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) Sistema regulado por la Telecommunications Industry Association o TIA; IS-95/cdmaONE, conocido como CDMA (Code Division Multiple Access); D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone System; PHS (Personal Handyphon System) Sistema usado en un principio en Japón por la compañía NTT; DoCoMo con la finalidad de tener un estándar enfocado más a la transferencia de datos que el resto de los estándares 2G
        • 3G
          Conjunto de estándares que sustituyeron a la 2G añadiendo protocolos para voz y datos a través de telefonía móvil mediante UMTS (Universal Mobile Telecommunications System o servicio universal de telecomunicaciones móviles). Las tecnologías de 3G son la respuesta a la especificación IMT-2000 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. En Europa y Japón se seleccionó el estándar UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), basado en la tecnología W-CDMA. UMTS está gestionado por la organización 3GPP, también responsable de GSM, GPRS y EDGE. En 3G también estaba prevista la evolución de redes 2G y 2.5G. GSM y TDMA IS-136 que fueron reemplazadas por UMTS, las redes cdmaOne evolucionaron a CDMA2000
        • 4G
          Conjunto de estándares que sustituyeron a la 3G, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) creó el comité IMT-Advanced que definió sus requisitos. Entre los requisitos técnicos: las velocidades máximas de transmisión de datos deben estar entre 100 Mbit/s para una movilidad alta y 1 Gbit/s para movilidad baja. El estándar LTE (Long Term Evolution) de la norma 3GPP no es 4G porque no cumple los requisitos definidos por la IMT-Advanced en características de velocidades pico de transmisión y eficiencia espectral. Aun así la UIT declaró en 2010 que los candidatos a 4G, como era aquel, podían publicitarse como 4G. Está basado completamente en el protocolo IP, siendo un sistema y una red, que se alcanza gracias a la convergencia entre las redes de cable e inalámbricas. El WWRF (Wireless World Research Forum) pretendía que 4G fuera una fusión de tecnologías y protocolos, no sólo un único estándar, similar a 3G, que incluia tecnologías como lo son GSM y CDMA.1. La empresa NTT DoCoMo en Japón fue la primera en realizar experimentos con las tecnologías de cuarta generación, alcanzando 100 Mbit/s en un vehículo a 200 km/h. La firma lanzó los primeros servicios 4G basados en tecnología LTE en diciembre de 2010 en Tokio, Nagoya y Osaka
        • 5G
          Conjunto de estándares que se espera sustituyan a la 4G. Está previsto que su uso común sea en 2020. La compañía sueca Ericsson ha conseguido alcanzar velocidades de 5 Gbps reales, con demostraciones en directo del estándar previo a la tecnología de red (pre-estándar) 5G. En noviembre de 2014, Huawei anuncia la firma de un acuerdo con la operadora móvil rusa Megafon para estandarizar y desarrollar redes 5G de prueba, en vistas a la Copa Mundial de Fútbol de 2018

Características

Según el rango de frecuencias utilizado para transmitir, el medio de transmisión pueden ser las ondas de radio, las microondas terrestres o por satélite, y los infrarrojos, por ejemplo. Dependiendo del medio, la red inalámbrica tendrá unas características u otras:

• Ondas de radio
  Las ondas electromagnéticas son omnidireccionales, así que no son necesarias las antenas parabólicas. La transmisión no es sensible a las atenuaciones producidas por la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiado elevadas. En este rango se encuentran las bandas desde la ELF que va de 3 a 30 Hz, hasta la banda UHF que va de los 300 a los 3000 MHz, es decir, comprende el espectro radioeléctrico de 30 – 3000000 Hz
• Microondas terrestres
  Se utilizan antenas parabólicas con un diámetro aproximado de unos tres metros. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso, se acostumbran a utilizar en enlaces punto a punto en distancias cortas. En este caso, la atenuación producida por la lluvia es más importante ya que se opera a una frecuencia más elevada. Las microondas comprenden las frecuencias desde 1 hasta 300 GHz
• Microondas por satélite
  Se hacen enlaces entre dos o más estaciones terrestres que se denominan estaciones base. El satélite recibe la señal (denominada señal ascendente) en una banda de frecuencia, la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente). Cada satélite opera en unas bandas concretas. Las fronteras frecuenciales de las microondas, tanto terrestres como por satélite, con los infrarrojos y las ondas de radio de alta frecuencia se mezclan bastante, así que pueden haber interferencias con las comunicaciones en determinadas frecuencias
• Infrarrojos
  Se enlazan transmisores y receptores que modulan la luz infrarroja no coherente. Deben estar alineados directamente o con una reflexión en una superficie. No pueden atravesar las paredes. Los infrarrojos van desde 300 GHz hasta 384 THz

Aplicaciones

• Las bandas más importantes con aplicaciones inalámbricas, del rango de frecuencias que abarcan las ondas de radio, son la VLF (comunicaciones en navegación y submarinos), LF (radio AM de onda larga), MF (radio AM de onda media), HF (radio AM de onda corta), VHF (radio FM y TV), UHF (TV)
• Mediante las microondas terrestres, existen diferentes aplicaciones basadas en protocolos como Bluetooth o ZigBee para interconectar ordenadores portátiles, PDAs, teléfonos u otros aparatos. También se utilizan las microondas para comunicaciones con radares (detección de velocidad u otras características de objetos remotos) y para la TDT (televisión digital terrestre)
• Las microondas por satélite se usan para la difusión de televisión por satélite, transmisión telefónica a larga distancia y en redes privadas
• Los infrarrojos tienen aplicaciones como la comunicación a corta distancia de los ordenadores con sus periféricos. También se utilizan para mandos a distancia, ya que así no interfieren con otras señales electromagnéticas, por ejemplo la señal de televisión. Uno de los estándares más usados en estas comunicaciones es el IrDA (Infrared Data Association). Otros usos que tienen los infrarrojos son técnicas como la termografía, la cual permite determinar la temperatura de objetos a distancia

Wi-Fi

Wi-Fi (que significa «Fidelidad inalámbrica», a veces incorrectamente abreviado WiFi) es el nombre de la certificación otorgada por la Wi-Fi Alliance, anteriormente WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), grupo que garantiza la compatibilidad entre dispositivos que utilizan el estándar 802.11

La especificación IEEE 802.11 (ISO/IEC 8802-11) es un estándar internacional que define las características de una red de área local inalámbrica (WLAN)

Por el uso indebido de los términos (y por razones de marketing) el nombre del estándar se confunde con el nombre de la certificación

Una red Wi-Fi es en realidad una red que cumple con el estándar 802.11.

A los dispositivos certificados por la Wi-Fi Alliance se les permite usar este logotipo:

Con Wi-Fi se pueden crear redes de área local inalámbricas de alta velocidad siempre y cuando el equipo que se vaya a conectar no esté muy alejado del punto de acceso

En la práctica, Wi-Fi admite ordenadores portátiles, equipos de escritorio, asistentes digitales personales (PDA) o cualquier otro tipo de dispositivo de alta velocidad con propiedades de conexión también de alta velocidad (11 Mbps o superior) dentro de un radio de varias docenas de metros en ambientes cerrados (de 20 a 50 metros en general) o dentro de un radio de cientos de metros al aire libre

Los proveedores de Wi-Fi están comenzando a cubrir áreas con una gran concentración de usuarios (como estaciones de trenes, aeropuertos y hoteles) con redes inalámbricas. Estas áreas se denominan «zonas locales de cobertura»

El estándar 802.11 establece los niveles inferiores del modelo OSI para las conexiones inalámbricas que utilizan ondas electromagnéticas, por ejemplo:

• La capa física (a veces abreviada capa «PHY») ofrece tres tipos de codificación de información
• La capa de enlace de datos compuesta por dos subcapas: control de enlace lógico (LLC) y control de acceso al medio (MAC)

La capa física define la modulación de las ondas de radio y las características de señalización para la transmisión de datos mientras que la capa de enlace de datos define la interfaz entre el bus del equipo y la capa física, en particular un método de acceso parecido al utilizado en el estándar Ethernet, y las reglas para la comunicación entre las estaciones de la red. En realidad, el estándar 802.11 tiene tres capas físicas que establecen modos de transmisión alternativos:

Capa de enlace de datos (MAC)	802.2
	802.11
Capa física (PHY)	DSSS	FHSS	Infrarrojo

Cualquier protocolo de nivel superior puede utilizarse en una red inalámbrica Wi-Fi de la misma manera que puede utilizarse en una red Ethernet

Estándares Wi-fi

El estándar original 802.11, que permite un ancho de banda de 1 a 2 Mbps, se ha modificado para conseguir optimizar el ancho de banda (incluidos los estándares 802.11a, 802.11b y 802.11g, denominados estándares físicos 802.11) o para especificar componentes de mejor manera con el fin de garantizar mayor seguridad o compatibilidad. La tabla a continuación muestra las distintas modificaciones del estándar 802.11 y sus significados:

Nombre del estándar	Nombre	Descripción
802.11-1997	802.11	El estándar 802.11-1997 es la versión original del estándar 802.11, especifica dos velocidades de transmisión «teóricas» de 1 y 2 Mbps que se transmiten por señales infrarrojas (IR). También define el protocolo «múltiple acceso por detección de portadora evitando colisiones» (carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA/CA) como método de acceso. Muchas de sus debilidades fueron corregidas en el estándar 802.11b
802.11a	Wi-fi 5	El estándar 802.11a (llamado Wi-Fi 5) admite un ancho de banda superior (el rendimiento total máximo es de 54 Mbps aunque en la práctica es de 30 Mbps). El estándar 802.11a provee ocho canales de radio en la banda de frecuencia de 5 GHz
802.11b	Wi-fi 1	El estándar 802.11 ofrece un rendimiento total máximo de 11 Mbps (6 Mbps en la práctica) y tiene un alcance de hasta 300 metros en un espacio abierto. Utiliza el rango de frecuencia de 2,4 GHz con tres canales de radio disponibles
802.11c	Combinación del 802.11 y el 802.1d	El estándar combinado 802.11c no ofrece ningún interés para el público general. Es solamente una versión modificada del estándar 802.1d que permite combinar el 802.1d con dispositivos compatibles 802.11 (en el nivel de enlace de datos)
802.11d	Internacionalización	El estándar 802.11d es un complemento del estándar 802.11 que está pensado para permitir el uso internacional de las redes 802.11 locales. Permite que distintos dispositivos intercambien información en rangos de frecuencia según lo que se permite en el país de origen del dispositivo
802.11e	Mejora de la calidad del servicio	El estándar 802.11e está destinado a mejorar la calidad del servicio en el nivel de la capa de enlace de datos. El objetivo del estándar es definir los requisitos de diferentes paquetes en cuanto al ancho de banda y al retardo de transmisión para permitir mejores transmisiones de audio y vídeo
802.11f	Itinerancia	El 802.11f es una recomendación para proveedores de puntos de acceso que permite que los productos sean más compatibles. Utiliza el protocolo IAPP que le permite a un usuario itinerante cambiarse claramente de un punto de acceso a otro mientras está en movimiento sin importar la marca de los puntos de acceso usados en la infraestructura de la red. También se conoce a esta propiedad simplemente como itinerancia
802.11g		El estándar 802.11g ofrece un ancho de banda elevado (con un rendimiento total máximo de 54 Mbps pero de 30 Mbps en la práctica) en el rango de frecuencia de 2,4 GHz. El estándar 802.11g es compatible con el estándar anterior, el 802.11b, lo que significa que los dispositivos que admiten el estándar 802.11g también pueden funcionar con el 802.11b
802.11h		El estándar 802.11h tiene por objeto unir el estándar 802.11 con el estándar europeo (HiperLAN 2; la h de 802.11h) y cumplir con las regulaciones europeas relacionadas con el uso de las frecuencias y el rendimiento energético
802.11i		El estándar 802.11i está destinado a mejorar la seguridad en la transferencia de datos (al administrar y distribuir claves, y al implementar el cifrado y la autenticación). Este estándar se basa en el AES (estándar de cifrado avanzado) y puede cifrar transmisiones que se ejecutan en las tecnologías 802.11a, 802.11b y 802.11g
802.11Ir		El estándar 802.11Ir se elaboró para que pueda usar señales infrarrojas. Este estándar se ha vuelto tecnológicamente obsoleto
802.11j		El estándar 802.11j es para la regulación japonesa lo que el 802.11h es para la regulación europea
802.11k		El estándar 802.11k permite a los conmutadores y puntos de acceso inalámbricos calcular y valorar los recursos de radiofrecuencia de los clientes de una red WLAN, mejorando así su gestión. Está diseñado para ser implementado mediante software, simplemente actualizando los equipos, siempre que sean compatibles tanto los clientes (adaptadores y tarjetas WLAN) como la infraestructura (puntos de acceso y conmutadores WLAN)
802.11n	Wi-Fi 4	El estándar 802.11n (llamado Wi-Fi 4) fue una propuesta de modificación al estándar 802.11-2007 para mejorar significativamente el rendimiento de la red más allá de los estándares anteriores, tales como 802.11b y 802.11g, con un incremento significativo en la velocidad máxima de transmisión de 54 Mbps a un máximo de 600 Mbps. Actualmente la capa física soporta una velocidad de 300 Mbps, usando dos flujos en un canal de 40 MHz. Dependiendo del entorno, el usuario podría obtener un rendimiento de 100 Mbps
802.11p		El estándar 802.11p opera en el espectro de frecuencias de 5,90 GHz y de 6,20 GHz, diseñado con idea de usarlo para la comunicación entre vehículos y con infraestructuras en carretera. Es la base de las comunicaciones dedicadas de corto alcance (DSRC). Además agrega el acceso inalámbrico en entornos vehiculares o (wireless access in vehicular environments, WAVE). Esta mejora es muy usada en la implementación de los Sistemas Inteligentes de Transporte (SIT)
802.11r	Fast Basic Service Set Transition	El estándar 802.11r (llamado Fast Basic Service Set Transition) permitir establecer los protocolos de seguridad que identifican a un dispositivo en el nuevo punto de acceso antes de que abandone el actual y se pase a él. Esta función, que una vez enunciada parece obvia e indispensable en un sistema de datos inalámbricos, permite que la transición entre nodos se demore menos de 50 milisegundos. Este lapso de tiempo es lo suficientemente corto como para mantener una comunicación vía VoIP sin que haya cortes perceptibles
802.11v		El estándar 802.11v sirve para permitir la configuración remota de los dispositivos cliente permitiendo una gestión de las estaciones de forma centralizada (similar a una red celular) o distribuida, a través de un mecanismo de capa de enlace de datos (capa 2). Esto incluye, por ejemplo, la capacidad de la red para supervisar, configurar y actualizar las estaciones cliente. También nos proporciona: mecanismos de ahorro de energía con dispositivos de mano VoIP Wi-Fi en mente posicionamiento, para proporcionar nuevos servicios dependientes de la ubicación temporización, para soportar aplicaciones que requieren un calibrado muy preciso; coexistencia, que reúne mecanismos para reducir la interferencia entre diferentes tecnologías en un mismo dispositivo
802.11w		El estándar 802.11w está basado en el protocolo 802.11i y sirve para proteger redes WLAN contra ataques sutiles en las tramas de gestión inalámbricas (WLAN). Todavía no concluido. TGw está trabajando en mejorar la capa del control de acceso del medio de IEEE 802.11 para aumentar la seguridad de los protocolos de autenticación y codificación. Se intenta extender la protección que aporta el estándar 802.11i más allá de los datos hasta las tramas de gestión, responsables de las principales operaciones de una red. Estas extensiones tendrán interacciones con IEEE 802.11r e IEEE 802.11u
802.11ac	Gigabit Wi-Fi	El estándar 802.11ac (llamado Gigabit Wi-Fi o Wi-Fi 5) fue una modificación del estándar 802.11n que consistía en una mejora de las tasas de transferencia hasta 433 Mbps, consiguiendo teóricamente tasas de 1.3 Gbitps empleando 3 antenas. Opera dentro de la banda de los 5 GHz, ampliando el ancho de banda hasta 160 MHz (en las redes 802.11n era de 40 MHz), utiliza hasta 8 flujos MIMO e incluye modulación de alta densidad (256 QAM)
802.11ax	Wi-Fi 6	El estándar 802.11ax (llamado Wi-Fi 6 o Wi-Fi 6th Generation por la Wi-Fi Alliance) está diseñado para operar en los espectros ya existentes de 2.,4 GHz y 5 GHz. Introduce OFDMA para mejorar la eficiencia espectral global
802.11be	Wi-fi 7	El estándar 802.11be (llamado Wi-Fi 7 o Extremely High Throughput (EHT) por la IEEE). Funciona en las tres bandas (2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz) para utilizar plenamente los recursos del espectro. Si bien Wi-Fi 6 se creó en respuesta al creciente número de dispositivos en el mundo, el objetivo de Wi-Fi 7 es ofrecer velocidades asombrosas para cada dispositivo con mayor eficiencia. Wi-Fi 7 presenta un ancho de banda ultra amplio de 320 MHz, 4096-QAM, operación Multi-RU y Multi-Link para proporcionar velocidades 4,8 veces más rápidas que Wi-Fi 6 y 13 veces más rápidas que Wi-Fi 5

También es importante mencionar la existencia de un estándar llamado «802.11b+». Éste es un estándar patentado que contiene mejoras con respecto al flujo de datos. Por otro lado, este estándar tiene algunas carencias de interoperabilidad debido a que no es un estándar IEEE

Rango y flujo de datos

Los estándares 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax, 802.11be, llamados «estándares físicos», son modificaciones del estándar 802.11 y operan de modos diferentes, lo que les permite alcanzar distintas velocidades en la transferencia de datos según sus rangos

Fecha	Estándar IEEE	Vel. de datos máx.	Bandas	Tamaño del canal	Modulación	Antenas
1997	802.11b (WI-FI 1)	1 o 2 Mbps	2.4 GHz	20 MHz
1999	802.11a (WI-FI 2)	54 Mbps	5 GHz	20 MHz
2003	802.11g (WI-FI 3)	54 Mbps	2.4 GHz	20 MHz
2009	802.11n (WI-FI 4)	600 Mbps	2.4 y 5 GHz	20, 40 MHz
2013	IEEE 802.11ac (WI-FI 5)	3.5 Gbps	2.4 y 5 GHz	20, 40, 80, 80+80, 160 MHz	OFDM 256-QAM	4×4 MIMO DL MIMO
2019	802.11ax (WI-FI 6)	9.6 Gbps	2.4 y 5 GHz	20, 40, 80, 80+80, 160 MHz	1024-QAM OFDMA	8×8 UL/DL MU-MIMO
2021	802.11ax (WI-FI 6E)	9.6 Gbps	2.4, 5 y 6 GHz	20, 40, 80, 80+80, 160 MHz	1024-QAM OFDMA	8×8 UL/DL MU-MIMO
2024 (posiblemente)	802.11be (WI-FI 7)	46 Gbps	2.4, 5 y 6 GHz	Hasta 320MHz	4096-QAM OFDMA (con extensiones)	16×16 UL/DL MU-MIMO